欧美一级AA大片免费看视频_八角灣實(shí)驗室界面材料與表面工程技術(shù)團隊《NC》：基于多尺度接觸耦合的大跨度黏附調控

八角灣實(shí)驗室界面材料與表面工程技術(shù)團隊《NC》：基于多尺度接觸耦合的大跨度黏附調控

2022-11-23 15:18

智能黏附材料，因為其能夠按需地附著(zhù)和分離，已在攀爬機器人、驅動(dòng)器、傷口敷料、生物電子學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應用。然而，大量的智能黏附體系都存在界面殘留、控制系統復雜、分離過(guò)程中黏附力高等缺點(diǎn)。如何實(shí)現大跨度的黏附定制，即高黏附到超低黏附、甚至到潤滑的可逆轉變仍然是一個(gè)挑戰。

對于大多數可逆黏附材料，其可逆切換僅在單一尺度下發(fā)生,比如分子水平的鄰苯二酚基團的可控作用和/或微-納米結構的輔助，其他尺度上不可控/混亂的接觸可能會(huì )削弱單一尺度規律的接觸調控。因此，在附著(zhù)/分離期間實(shí)現超低黏附（潤滑）和高黏附狀態(tài)之間的大跨度調控對于簡(jiǎn)單的、單一尺度的固-固接觸而言是難以實(shí)現的，動(dòng)態(tài)多尺度接觸的耦合協(xié)同作用是大跨度黏附調控的必由之路。

八角灣實(shí)驗室界面材料與表面工程技術(shù)團隊報道了一種通過(guò)動(dòng)態(tài)多尺度接觸耦合協(xié)同調控的可逆黏附水凝膠材料（DMCS-水凝膠），具備可逆的、快速的、大跨度的黏附調控。該材料在分子尺度，基于水凝膠表面的去水化和水化導致黏附分子暴露和屏蔽，繼而影響微觀(guān)尺度的界面相互作用；在介觀(guān)尺度，基于表面粗糙度和模量的可逆變化，進(jìn)一步影響介觀(guān)尺度的真實(shí)接觸和接觸速率。最終，通過(guò)動(dòng)態(tài)多尺度接觸的耦合調控，實(shí)現了黏附（黏附力~3 N/cm²）和潤滑（摩擦力~0.04 N/cm²）狀態(tài)之間的快速切換，該多尺度黏附機制對智能黏附材料的設計具有一定的指導意義。

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圖1. DMCS-水凝膠的設計理念：（a）動(dòng)態(tài)多尺度接觸協(xié)同作用的黏-滑切換機理；（b）介觀(guān)尺度和微觀(guān)尺度的接觸示意圖；（c）動(dòng)態(tài)微觀(guān)尺度接觸和介觀(guān)尺度接觸的協(xié)同調控；表面黏附官能團含量（d）、材料模量（e）和表面潤濕變化（f）對黏附強度的影響規律；（g）DMCS-水凝膠在高低溫條件下的黏附與潤滑演示；（h）拉伸至原始長(cháng)度7倍的DMCS-水凝膠和（i）相應的應力與拉伸曲線(xiàn)。

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圖2. DMCS-水凝膠的動(dòng)態(tài)多尺度接觸機制：（a）DMCS-水凝膠和石英玻璃之間的接觸觀(guān)測示意圖；（b）低溫和高溫條件下的動(dòng)態(tài)接觸演變規律。比例尺為5 mm；（c）接觸時(shí)間與有效接觸面積之間的關(guān)系；（d）利用激光共焦顯微鏡觀(guān)察DMCS-水凝膠的表面潤濕狀態(tài)；（e）表面潤濕和去潤濕之間的可逆切換圖，比例尺為100μm；（f）該過(guò)程可以循環(huán)；（g）DMCS-水凝膠表面微觀(guān)尺度分子遷移的驗證示意圖；（h）低溫和高溫條件下水凝膠表面的動(dòng)態(tài)潤濕演變規律。比例尺為200μm；（i）時(shí)間與潤濕速率之間的關(guān)系。

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圖3. DMCS-水凝膠的可切換黏附特性（a）溫度與黏附強度之間的關(guān)系；不同接觸時(shí)間（b）和預載力（c）對黏附強度的影響；（d）DMCS-水凝膠在高溫和低溫條件下的熱響應黏附循環(huán)；（e）可切換黏附特性適用于各種基材；（f）可調控的LCST值；（g）高溫下的摩擦曲線(xiàn)；（h）和（i）DMCS-水凝膠與其他可逆黏附材料之間的比較；（j）低溫和高溫條件下的切向力試驗；（k）相應的拉伸-時(shí)間曲線(xiàn)。

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圖4. DMCS-水凝膠在攀爬設備中的應用（a）使用3D打印技術(shù)制造的小車(chē)，其履帶裝置了DMCS-水凝膠材料；在高溫和低溫基底表面，該履帶表面性能從高黏附和高摩擦（高F_A&F_F）轉變?yōu)榈宛じ胶偷湍Σ?span style="margin: 0px; padding: 0px; font-family: 等線(xiàn);">（低F_A&F_F）。比例尺為15 mm；低溫（b）和高溫（c）條件下，移動(dòng)設備在垂直金屬板上爬行的運動(dòng)圖像，以及相關(guān)的時(shí)間-距離曲線(xiàn)。紅外熱圖像顯示了傳熱過(guò)程；（d）在一半冷一半熱的垂直金屬板上運動(dòng)的圖片和（e）相關(guān)的時(shí)間-距離曲線(xiàn)。

總而言之，該團隊利用分子構象重排、模量調控和粗糙度變化，建立了基于微觀(guān)尺度和介觀(guān)尺度協(xié)同作用的動(dòng)態(tài)多尺度接觸系統，發(fā)展了一種可逆地、動(dòng)態(tài)地和快速地在黏附和潤滑狀態(tài)之間切換的智能表面構筑方法。該多尺度黏附機制對智能黏附材料的設計具有一定的指導意義。

以上工作得到了國家自然科學(xué)基金項目、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和山東省自然科學(xué)基金重點(diǎn)研究項目等的資助。

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