壁虎刚毛干燥自清洁机理及其仿生表面制备

作     者：武煦 

作者单位：中国石油大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：徐泉

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：壁虎 黏附 自清洁 仿生表面 梯度掺杂 

摘      要：拥有卓越攀爬能力的壁虎,能适应大多数的环境变化。虽然壁虎的黏附机理已被广泛研究,但是在较低的温度,特别是0℃以下,对其黏附机理的研究并不充分。本文首先在-10到40℃这个较宽的温度范围内,精确测量了纳米级单根壁虎铲状触须和微米级刚毛在多种表面上的黏附力。发现与室温相比,体系温度为-10℃时,单根触须在云母基底上的黏附力增强约100%。单根刚毛的黏附力和摩擦力也表现出类似的温度响应趋势。我们认为温度诱导的可调黏附过程中氢键发挥了关键作用。然后模仿壁虎的黏附结构,制备了微阵列纤维表面,并在不同的温度环境进行了黏附测试。结果表明人造表面具有相似的温度响应性质,可以通过改变温度实现仿生表面自清洁程度的调控。然而人造表面抗疲劳性能较差,这一常见缺陷在测试中显露出来。最后通过梯度掺杂Fe3O4纳米粉末,改进了仿生表面的耐久性。这项研究揭示了壁虎在低温下的黏附机制,并为新一代智能轮胎、攀爬机器人和生物医学设备的设计提供了新思路,有助于某些设备在极端环境下的稳定运行。