走進仿生摩擦學世界

1、走進仿生摩擦學世界2021-11-13走進仿生摩擦學世界1仿生摩擦學簡介仿生摩擦學分類仿生摩擦學重要研究進展仿生摩擦學展望2021-11-13走進仿生摩擦學世界22021-11-13走進仿生摩擦學世界32021-11-13走進仿生摩擦學世界4 隨著仿生技術(shù)的發(fā)展，尤其是生物摩擦學研究的深入，以及醫(yī)學生物技術(shù)、材料科學的快速發(fā)展，人們萌生了利用仿生學原理，將天然生物系統(tǒng)的優(yōu)異摩擦學特性進行移植模仿，并為人類所利用的想法，從而促進了仿生摩擦學的產(chǎn)生和發(fā)展。2021-11-13走進仿生摩擦學世界5定義1.仿生摩擦學簡介 運用仿生學原理，通過對生物系統(tǒng)的減摩、抗黏附、增摩、抗磨損及高效潤滑機理的研究，

2、從幾何、物理、材料等角度借鑒生物系統(tǒng)的成功經(jīng)驗和創(chuàng)成規(guī)律，來研究、發(fā)展和提升工程摩擦副的摩擦學性能。 以具有優(yōu)異摩擦學特性的天然生物體的結(jié)構(gòu)、材料、性狀、原理、行為為創(chuàng)新源泉，通過對天然生物系統(tǒng)的模擬進而創(chuàng)造新摩擦學技術(shù)系統(tǒng)或研制摩擦學新材料。 基本思想2021-11-13走進仿生摩擦學世界62.仿生摩擦學分類仿生摩擦學系統(tǒng)構(gòu)成摩擦學功能摩擦學材料仿生摩擦學表面形態(tài)仿生仿生復合摩擦學材料仿生涂層仿生潤滑材料非光滑幾何表面形態(tài)仿生柔性非光滑仿生仿生耐磨形態(tài)仿生減摩及脫附仿生增摩及吸附仿生耐磨材料仿生潤滑2021-11-13走進仿生摩擦學世界73.仿生摩擦學重要研究進展3.1 仿生減摩及脫附 光合

3、作用是植物生長的能量-質(zhì)量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，葉子是光合作用的器官，光合作用通過葉子上的氣孔進行，因此保持葉子的潔凈對植物生長至關重要。2021-11-13走進仿生摩擦學世界8超疏水表面 荷葉表面上有許多微小的突起的“小山包”，平均大小約為10微米，平均間距約為12微米。 在山包上面長滿絨毛 在“山包”頂又長出一個饅頭狀的“碉堡”凸頂。荷葉表面形貌 植物的自我清潔功能源于葉子表面超常的疏水性, 科學家通過對荷葉的表面進行研究，發(fā)現(xiàn)荷葉表面結(jié)構(gòu)是介于微米-納米尺度的三維表面結(jié)構(gòu)。在超高解析度電子顯微鏡可以清晰看到：2021-11-13走進仿生摩擦學世界9 研究發(fā)現(xiàn)荷葉的結(jié)構(gòu)通常會使得落到葉面上的水與葉面的

4、接觸角會大于140度。 所以只要葉面稍微傾斜，水珠就會滾落葉面。當水滴從荷葉上滾動時便將污染物顆粒帶走。因此形成降雨即可自清潔的表面, 稱這種現(xiàn)象為“荷葉效應”。2021-11-13走進仿生摩擦學世界10防水卷材防水布料具有防污防水能力的人造材料，如紡織材料、建筑材料。不粘鍋其工藝技術(shù)：從在金屬表面涂一層疏水性的物質(zhì)特氟龍到現(xiàn)在非常先的鉆石滲透技術(shù)。水垢清除材料：將材料表面做成類似荷葉表面使水垢不能在材料表面生成。2021-11-13走進仿生摩擦學世界113.2 仿生增摩及吸附 自然界中腳掌對地面的附著對陸上動物的運動至關重要. 像螞蟻、蒼蠅、蜜蜂、蝗蟲、甲蟲、蜘蛛和壁虎等動物那樣能在各種各樣

5、的表面上的進行行走，科學家通過研究發(fā)現(xiàn)動物驅(qū)動腳掌都具有剛毛結(jié)構(gòu)。（a) 甲蟲 (b) 蒼蠅 (c) 蜘蛛 (d) 壁虎動物足底剛毛結(jié)構(gòu)2021-11-13走進仿生摩擦學世界12 德國大陸集團根據(jù)貓和獵豹腳掌的防滑附著機制，設計出著地壓力分布更加均勻，有更強的抓地力的輪胎。這種輪胎能有效增加與地面的摩擦力，在車輛制動時，就可以提供最大可能的地面摩擦力，進一步保證了在潮濕和干燥地面上有更短的制動距離，能確保乘客的安全。2021-11-13走進仿生摩擦學世界133.3 仿生耐磨材料蚯蚓體表形貌制動閘片 生活在潮濕、疏松和肥沃的土壤中，身體呈長圓筒形，褐色稍淡，約由100多個體節(jié)組成。前段稍尖，后端

6、稍圓，在前端有一個分節(jié)不明顯的環(huán)帶。腹面顏色較淺，大多數(shù)體節(jié)中間有剛毛，在蚯蚓爬行時起固定支撐作用和輔助運動作用。2021-11-13走進仿生摩擦學世界143.4 仿生潤滑 潤滑是摩擦學研究的重要內(nèi)容，改善摩擦副的摩擦狀態(tài)以降低摩擦阻力是減緩磨損的主要技術(shù)措施。基于生物關節(jié)潤滑機理開發(fā)的新型人工關節(jié)仿生潤滑系統(tǒng)。基于人體汗腺的特殊結(jié)構(gòu)和排汗原理，開發(fā)的高溫發(fā)汗自潤滑材料在極限高溫重載工況下具有良好的潤滑功能。2021-11-13走進仿生摩擦學世界15高溫發(fā)汗自潤滑材料 高溫發(fā)汗仿生潤滑機理簡圖潤滑機理： 在高溫摩擦熱應力作用下將復合體中的潤滑劑沿著汗腺式有序通道擴散至摩擦界面實現(xiàn)自補償潤滑。2021-11-13走進仿生摩擦學世界164.仿生摩擦學展望v揭示生物體特有優(yōu)異摩擦性能的生物物理本質(zhì);v確立仿生對象的選擇原則; v研究生物體表面織構(gòu)與生物材料性能拓撲的規(guī)律性及其創(chuàng)成技術(shù);v基于仿生對象及其生存環(huán)境的多樣性，創(chuàng)新出針對不同生物體的測