納米技術和摩擦的概念——材料層次結構的影響 - beplay体育赛事,beplay官网体育客服

3.7材料層次結構的影響

在對具有可調諧摩擦的智能材料的探索中，科學家們對材料的結構進行了有趣的觀察。在實驗中，他們發現摩擦力是滑動表麵之間各種類型的複雜的多尺度相互作用的結果。

許多天然和人造材料展示了不止一個長度尺度的結構;在某些材料中，結構元素本身具有結構。這種結構層次在決定大塊材料的性能方麵起著重要作用。

埃菲爾鐵塔的等級結構。作為一個整體，塔由生鐵組成，高300多米，每邊100米的正方形底座。較大的結構由網格結構組成，其中對角大梁將元素連接在一起。這些單位的尺寸在幾十米左右，是由幾米長的大梁組成的。每個梁的截麵尺寸為10－2到10－1米由鐵材料組成，其原子結構主要由鐵、碳、矽和錳離子在埃刻度的晶格結構中構成－10米)。(圖片:骨生物學與力學實驗室，印第安納大學-普渡大學

等級結構在自然界中非常普遍;但直到最近，人們才在材料科學中係統地研究它們，以了解它們對各種體係的力學性能的具體影響。

就拿那些緊貼牆壁和在天花板上行走的動物來說。正如我們之前看到的，它們的這種能力歸功於微和納米級的附著元素。

壁虎身上的黏附力是動物王國中最高的;它們已經發展成為人類所知的最通用和最有效的幹粘合劑之一。壁虎是最重的動物，可以ëstandí在天花板上，把它的腳在頭上。這就是為什麼科學家們正加緊研究它腳上微小毛發的粘附係統。

壁虎爪子的層級結構——分支在三個層級上變得越來越小——吸引了很多研究興趣。

然而，為了說明大自然的設計有多麼巧妙，研究人員還沒有設法想出一個簡單的配方來製造合成壁虎粘合劑。

2000年，科學家發現(PNAS，“壁虎剛毛中範德華氏粘連的證據”)， van der Waalsí相互作用是壁虎粘附力的主要貢獻因素:壁虎毛發末端的納米結構與壁虎試圖抓住的表麵分子在原子水平上相互作用。這種由範德華力驅動的相互作用，使geckoís腳趾可以根據需要輕鬆地附著和分離。

從那時起，世界各地的許多研究小組花費了相當大的努力，試圖製造合成壁虎粘合劑，即人造材料，重現其獨特的粘附和摩擦性能。

壁虎爪的層次結構(點擊圖片放大)。(Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0)

了解層次結構的影響以及它們如何影響宏觀力學性能(如摩擦)，可以指導合成具有物理性能的新材料，為特定應用量身定製。

這意味著結構層次可以提供一種方法來調整和優化表麵的摩擦學特性。美國科學家的實驗結果表明，利用分層結構，可以任意調節表麵的整體摩擦特性。要做到這一點，必須提供不同長度尺度的結構(參見:分層表麵的靜、動摩擦）.

軟機器人夾持與壁虎啟發粘合劑

科學筆記:具有可調諧摩擦的智能材料

關鍵的外賣

•研究人員正在研究一種新型的“智能”材料，這種材料能夠調節表麵的摩擦。

•製造這些智能材料有幾種不同的方法。

•材料的層次結構影響其機械性能。了解它們是如何影響宏觀力學性能(如摩擦)的，可以指導合成具有物理性能的新材料，為特定應用量身定製。

詞彙表

•智能材料:一種能通過溫度、光、壓力或電等外部刺激對其環境變化作出可逆反應的功能材料。

•光致變色分子:在光作為外部刺激的作用下，其性質可可逆改變的分子。

•水凝膠:膨大的聚合物網絡，這類材料的物理和化學性質與生物組織極為相似。

•分層材料:在一個以上的長度尺度上顯示結構的材料。

-結束

回到指數