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中北大学祝锡晶教授团队、西安交大邵金友教授/田洪淼教授团队 AFM:应用于高温环境高强度无痕抓取的纳米复材基仿生干粘附结构
2024-08-17  来源:高分子科技

  仿生干粘附的概念已被提出20余年,然而,受材料等因素的制约,常规人造仿生干粘附结构通常着眼于常温环境下的高强度粘附问题,缺少对高温环境下高强度无痕粘附的研究,极大地限制了仿生干粘附的应用领域。


  近期,中北大学祝锡晶教授团队联合西安交通大学邵金友教授/田洪淼教授团队提出了一种新型的氟橡胶&纳米填料基仿生干粘附结构,该干粘附结构通过仿生雄性金边龙虱跗节处的吸附垫,在接触末端引入了阵列的“吸盘状”微结构。由于氟橡胶与碳纳米管填料固有的耐高温特性及“吸盘状”末端结构设计,该干粘附结构在室温至大于200℃的宽温度区间内均可展现出高于常规聚合物基仿生干粘附结构的粘附强度(>350 kPa)及粘附效率(可达77.7)。更重要的是,该干粘附结构在高温环境下可实现无痕粘附,不会对目标表面造成污染,这是常规聚合物基仿生干粘附结构所无法达到的。此外,还可通过调节纳米填料的含量来精确调控结构的整体等效模量,从而实现粘附强度的进一步增强,相应的有限元仿真也验证了这一调控机制。最后,干粘附结构被用作抓手的接触表面进行了应用展示,其可在室温及高于200℃的环境下对诸如玻璃基板及硅晶圆等精密易碎物料实现可靠无痕抓取,展现了巨大的应用潜力。


图1 氟橡胶&纳米填料基仿生干粘附结构的仿生背景、制备工艺及结构展示。


图2 仿生干粘附结构常温环境下粘附性能表征。


图3仿生干粘附结构粘附增强机制分析。


图4 仿生干粘附结构高温环境下粘附性能表征及应用展示。


  上述成果以“Bioinspired Nanocomposite Dry Adhesives Applicable over a Wide Temperature Range”为题发表在Advanced Functional Materials上。中北大学青年教师李率为论文第一作者,中北大学副教授黎相孟、西安交通大学田洪淼教授为论文共同通讯作者。该研究得到国家资助博士后研究人员计划B档、山西省科技合作交流专项项目、山西省回国留学人员科研资助项目及自然科学基金委面上项目的支持。


  原文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202408278

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(责任编辑:xu)
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