邊界潤滑(部編)課件

邊界潤滑和分子膜潤滑摩擦學(xué)原理清華大學(xué)摩擦學(xué)國家重點實驗室2010年目錄一、邊界潤滑邊界潤滑定義物理吸附與化學(xué)吸附邊界潤滑模型二、分子膜潤滑三、摩擦控制1.邊界潤滑1.邊界潤滑Luo

JB,WenSZ,andHuangP,Wear,19961.邊界潤滑定義

由于潤滑分子與固體表面的相互作用而形成一層具有潤滑作用的界面膜在摩擦過程起主要潤滑作用，該種潤滑狀態(tài)叫邊界潤滑。用不具有流體效應(yīng)的表面膜進行潤滑的工況叫邊界潤滑。用表面吸附膜或反應(yīng)膜進行潤滑的工況叫邊界潤滑。

Jost在Tribology2000中列舉了摩擦學(xué)未解決問題，其中之一為邊界潤滑的定義。反例：固體涂層、軟金屬反例：微坑存在、氧化膜、多層吸附膜1.邊界潤滑定義"Boundarylubricationislubricationbyaliquidunderconditionswherethesolidsurfacesaresoclosetogetherthatappreciablecontactbetweenopposingasperitiesispossible.Thefrictionandwearinboundarylubricationaredeterminedpredominantlybyinteractionbetweenthesolidsandbetweenthesolidsandtheliquid.Thebulkflowpropertiesoftheliquidplaylittleornopartinthefrictionandwearbehavior."W.E.Campbell,BoundaryLubrication,BoundaryLubrication,anAppraisalofWorldLiterature,ASME,1969,pp.87-117..1.邊界潤滑特征?Liquid-solidinteractions?Contactbetweenasperities?Increasedfriction?Wear?Friction&weardeterminedbypropertiesofsolidsurfacesaswellaspropertiesoflubricant?Shearofthinsurfacefilms?Lubricantfilms<100nmthick?Severaltohundredsofmoleculesthick?Solidorliquid?“Lubricantstarved”contact?Loadsharing?Asperity-asperitycontacts?LubricantpressuresgeneratedbySqueezefilmsSliding?"Oiliness"ofsurfacesdeterminesfriction?Lubricantfilmthickness<100nmthick2.物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附：

當(dāng)固體表面依靠范德華（VanderWaals）力與介質(zhì)中的液體或氣體分子相結(jié)合而形成定向排列的吸附層，這種吸附稱為物理吸附。特點：

吸附分子與固體表面間不發(fā)生電子交換；

物理吸附是可逆的。

固體表面與液體或氣體中的吸附分子間的結(jié)合鍵具有電子交換，此種吸附稱為化學(xué)吸附。如極性分子與金屬表面形成金屬皂，CnH2n+1COOM 金屬2.物理吸附與化學(xué)吸附化學(xué)吸附:特點：化學(xué)吸附是不可逆的。3.邊界潤滑模型自1922年Hardy提出邊界潤滑概念以來其理論已有較大發(fā)展；先后出現(xiàn)了Bowden模型、Adamson模型、Kingsbury模型、Cameron模型、Cobblestone模型、TFL模型等；最近已發(fā)展到分子行為和分子膜潤滑研究。3.1Hardy模型－1922年Hardy，1864－1934，生物學(xué)家，畢業(yè)于劍橋大學(xué)，英國皇家學(xué)會生物學(xué)科秘書；在研究膠體穩(wěn)定性和行為時，發(fā)現(xiàn)有一層極性吸附膜。給出了邊界潤滑的基本概念及吸附方式。提出了單分子層吸附膜的重要性?？梢越忉屵吔鐥l件下摩擦系數(shù)仍比較小以及摩擦系數(shù)與粘度關(guān)系不大等現(xiàn)象。特點：HardyW.B.andDoubledayI.,“Boundarylubrication-theparaffinseries,”Proc.R.Soc.A,Vol.100:550-574,1922.3.1Hardy模型存在問題：

未能考慮摩擦副的真實接觸狀態(tài)。2.有許多現(xiàn)象不能解釋：小載荷時摩擦系數(shù)隨載荷的增加而降低；在正常的邊界潤滑條件下，仍存在金屬的接觸。3.2Bowden模型－1950年Bowden(1903－1965)，6個孩子中排行為第五，14歲時母親去世，主要靠父親培養(yǎng)，他的學(xué)習(xí)成績比較差，以至于高考未中，后來在私人教師的培養(yǎng)下，考上澳大利亞的大學(xué)，然后又到劍橋讀碩士，主要研究電化學(xué)和物理化學(xué)。1931年開始摩擦學(xué)研究（接觸問題），其主要貢獻(xiàn)是對Hardy模型的發(fā)展，與Tabor一起將Hardy的思想與Holm的真實接觸概念相結(jié)合，提出了Bowden模型Bowden的另一個貢獻(xiàn)：摩擦粘著機理。PTFE和滑雪研究，組建了劍橋大學(xué)摩擦研究小組。Bowden,F.P.&Tabor,D.

1950.

Friction

andlubricationofsolids.Oxford:ClarendonPress.3.2Bowden模型－1950年F＝A[αSm+(1-α)Sf]A―表觀接觸面積；

Sm－金屬剪切強度；

Sf―潤滑膜剪切強度；

α―金屬的接觸率；

F―摩擦力。特點：

提出了潤滑膜不連續(xù)的概念；

提出了摩擦力二項式，該式一直延用至今；符合放射性示蹤法的測試結(jié)果，解釋了Hardy模型不能解釋的問題：①存在金屬接觸；②壓力增加 接觸處趨于變形 所需剪切能摩擦系數(shù)沒有考慮動態(tài)效應(yīng)，只是靜態(tài)模型。存在問題：未能給出金屬接觸面積與載荷的關(guān)系，即沒有考慮壓力效應(yīng)。不能解釋電導(dǎo)現(xiàn)象：即小載荷時，電導(dǎo)很小，電阻很大。但載荷加大，摩擦系數(shù)處于邊界潤滑范圍，即遠(yuǎn)小于干接觸的摩擦系數(shù)，但是電導(dǎo)卻升到大致和非潤滑表面一樣，電阻很小。因此，出現(xiàn)了相互矛盾的結(jié)果。3.2Bowden模型－1950年3.3Adamson模型－1960年Bornin

Shanghai,

China,hereceivedhisB.S.inchemistryatthe

UniversityofCaliforniaatBerkeley

in1940andhisPh.D.inphysicalchemistryatthe

UniversityofChicago

in1944.Aftertwoyearsasaresearchassociateforthe

ManhattanProject

in

OakRidge,Tennessee,hebeganacareeratthe

UniversityofSouthernCalifornia

thatextendedthroughhisappointmentasprofessoremeritusin1989.HechairedtheUSCDepartmentofChemistryfrom1972to1975.[2]

Hewasfoundingeditorof

Langmuir,theACSJournalofSurfacesandColloids,andhewaschairmanoftheACSDivisionofColloidandSurfaceChemistry.ArthurW.Adamson

(1919-2003)

3.3Adamson模型－1960年認(rèn)為只有在小負(fù)荷時，Bowden模型才能成立。在正常壓力下，金屬接觸區(qū)幾乎不變化，金屬的表面變形不足以將潤滑膜擠走，但足以使其產(chǎn)生微量壓縮，即施加機械壓力于膜上。Adamson在Bowden模型的基礎(chǔ)上，考慮了壓力的影響，給出了潤滑膜的加壓模型。在壓力作用下，液體的逃逸趨勢和蒸氣壓增加，使一部分長鏈分子平躺著。

A.W.

Adamson,PhysicalChemistryofSurfaces,Wiley,NewYork,

1990,5thedn

3.3Adamson模型特點：考慮了機械壓力的作用；可以解釋電導(dǎo)與摩擦系數(shù)矛盾的現(xiàn)象。載荷間隙分子平躺：①減摩擦作用存在，②電擊穿，電導(dǎo)率上升；提出了凝聚態(tài)邊界膜潤滑效果的原因。

存在問題：沒有考慮吸附分子與基體的作用力大小。沒有考慮吸附分子的動態(tài)效應(yīng)；3.4Kingsbury模型－1958年Kingsbury在論文[Someaspectsofthethermaldesorptionofaboundarylubrication,JAP,29(6):888-891,1958]中針對Bowden模型的缺點，提出了新的動態(tài)模型。將Bowden模型中的α定義為膜的破裂率：

α＝（Ns-N）/Ns其中：Ns－固體表面可以吸附的分子總數(shù)；N－實際摩擦過程中吸附于表面的分子數(shù)量；α－潤滑膜的破裂率。vz3.4Kingsbury模型認(rèn)為吸附分子在固體表面上是停留、脫離的動態(tài)平衡過程。若粗糙峰以速度v

移動一個分子間距z的時間為tz，吸附分子在固體表面的停留時間為tr，則有：

α＝1－exp(-tz/tr)tz＝Z/vv∞，tz0,α0

速度很大，表面分子未逃逸就滑過去了。v

0，tz∞，α1

速度很低時，分子一旦離開，粗糙峰與基體的接觸就不會再分開。3.4Kingsbury模型其中：E為吸附熱；R為氣體常數(shù)；T為絕對溫度；t0為與表面方向垂直的振動周期。當(dāng)：tz>>tr時，α

1運動速度很慢或分子在表面停留 時間很短(如高溫、分子活性大).Tz<<tr時，α

0運動速度很快，分子在表面停留 時間相對較長。3.4Kingsbury模型存在問題：沒有考慮壓力對潤滑分子的影響;沒有考慮吸附分子排列方式的影響;沒有考慮分子結(jié)構(gòu)影響，如分子鏈長、大小等。特點：將吸附分子行為作為摩擦本質(zhì)來理解。綜合考慮了吸附能、溫度、滑動表面相對運動速度的影響。引入了分子吸附與解吸的動態(tài)平衡概念。3.5Cameron模型

英國三大摩擦學(xué)研究機構(gòu)：劍橋：Bowden,Tabor,Johnson,(固體潤滑、流變特性)；帝國理工：Cameron,Spikes(EHL和測量技術(shù))；UniversityofLeads：Dowson,Tayler(EHL計算），J.Fisher（生物潤滑）。

1960年，Cameron根據(jù)分子統(tǒng)計規(guī)律，認(rèn)為摩擦副表面間的摩擦力主要由分子間的范德華引力造成，由此推導(dǎo)出引力能。3.5Cameron模型該式屬于Kirkwood-Muler色散力形式。根據(jù)吸附分子粘著在金屬表面上所具有的位能E1與移動后新的平衡狀態(tài)的位能E2之差等于摩擦力所做的功，從而計算出摩擦力。其中：m－電子質(zhì)量；C－光速；α－極化常數(shù)；X－抗磁系數(shù)；R－X射線散射中心的距離；Φ－引力能。3.5Cameron模型特點：首次給出了邊界潤滑摩擦力的微觀解析解。從能量和統(tǒng)計角度來處理摩擦力問題。存在問題：認(rèn)為吸附分子是與其粘著的表面發(fā)生錯動，這在正常工況條件下是不正確的。因為一般表面與吸附分子極性基之間的吸引力大于潤滑劑分子間的引力，故摩擦發(fā)生在吸附層之間。于是，摩擦力的計算就有較大的誤差。沒有考慮分子處于動態(tài)平衡過程，忽略了速度、溫度的影響。對于長鏈分子規(guī)則排列的情況，范德華引力計算式應(yīng)作修正。許多情況下，吸附膜屬于極性分子在金屬表面發(fā)生了化學(xué)吸附，即存在電子交換，于是用色散力來描述就不確切。3.6Cobblestone模型－1988年Cobblestone(鵝卵石)模型是1988年由Homala和Israelachvili提出。Education：BS:BAdegree:UniversityofCambridge(England,UK),Christ'sCollegePhD:SurfacePhysicsDepartment,CavendishLaboratory,Cambridge.Thesistitle:"SurfaceForces"Honors:1988FRS(ElectedFellowoftheRoyalSocietyofLondon).1991AlphaChiSigmaAwardforChemicalEngineeringResearch:AICHE.1996NAE(ElectedForeignAssociateoftheUSNationalAcademyofEngineering).2004NAS(ElectedtotheUSNationalAcademyofScienceintheareaofEngineeringScience).2004MRSMedal,awardedforrecentworkonadhesionandfriction.3.6Cobblestone模型－1988年Israelachvili與Tabor一起，于1973年研制出表面力儀，已成為當(dāng)今研究幾個分子層的最有效儀器。認(rèn)為兩表面被單分子層隔開時表面是粗糙不平的，分子就象鵝卵石一樣起滾動作用。于是鵝卵石半徑大時（圖a,b對照）表面相對而言就顯得平坦，摩擦力就小。這樣就形象地解釋了許多文獻(xiàn)中提出的潤滑效果與分子鏈長度相關(guān)的問題。特點：提出了單分子層潤滑模型，并解釋了大分子潤滑效果好的原因。將分子大小與表面粗糙度聯(lián)系起來，是前人未做過的工作。存在問題：只適合于高精度表面間的小分子、非極性分子或類球形分子。只能定性說明問題，不以進行量的分析。3.6Cobblestone模型－1988年3.7TFL模型－1996HardymodelofboundarylubricationThinfilmlubrication(Luo

JB,WenSZ,andHuangP,Wear,1996)FluidmoleculesOrderedmoleculesAdsorbedmolecules二、分子膜潤滑LB膜自組裝單分子膜分子膜在計算機磁頭上的應(yīng)用磁盤盤片表面分子膜1.LB分子膜Langmuir-Blodgettfilm基體分別用CHCl3、酒精、丙酮依次超聲清洗10分鐘，除有機雜質(zhì)。在體積比5:1:1的水、37%HCl和H2O2溶液中（80℃），浸泡5分鐘除氧化層；在體積比6:1:1的水、氨水和H2O2溶液中，80℃，浸泡5分鐘羥基化；用去離子水沖洗，熱風(fēng)吹干，放入干燥器。OTS溶于8%CHCl3+12%CCl4+80%n-hexadecane的溶液中，濃度為10mmol/l。基體在溶液中浸泡5分鐘，取出，用CHCl3洗去多余的附著物。膜做成后，從溶液中取出時，用CHCl3清洗時。將一滴去離子水（約0.5

l）滴在表面，對于剛剛清洗完的硅片或玻璃片，液滴一接觸表面馬上就平鋪開，呈現(xiàn)出很強的親水性；在做了OTS膜以后，液滴轉(zhuǎn)移到表面時仍保持球形，呈很強的疏水性，驗證了表面是甲基端頭。2.自組裝分子膜2.自組裝分子膜十八烷基三氯硅烷Octadecyltrichlorosilane,簡稱OTS，分子式C18H37SiCl3OTS(Octadecyltrichlorosilane)OTS在硅片表面的成膜Fig.3云母表面的摩擦特性相對濕度:5%,溫度:21℃,(a)位置效應(yīng)(同一針尖對10個不同位置)(b)針尖效應(yīng)(10個針尖對同一表面)(a)(b)AFM測量分子膜錢林茂新Si3N4針尖的鈍化過程，載云母上加載掃描(相對濕度:5%）錢林茂AFM測量分子膜f是摩擦系數(shù)，表現(xiàn)為摩擦力隨載荷變化曲線線性段的斜率；

是粘著力系數(shù)，反映了粘著力對摩擦力的影響程度，它與滑動速度、環(huán)境溫度和濕度、界面狀況均有關(guān)系。粘著力隨濕度的變化曲線(溫度：21℃)AFM測量分子膜錢林茂自組裝分子膜實驗研究摩擦系數(shù)隨相對濕度變化的趨勢使用玻璃測頭；溫度：20℃；載荷：5mN；速度：0.2mm/s蔣瑋（a）載荷130mN，最大壓強200MPa;線速0.3mm/s（b）載荷658mN，最大壓強355MPa；線速0.4mm/s耐磨試驗使用鋼測頭；溫度：20℃；濕度：35%自組裝分子膜實驗研究蔣瑋3.分子膜在計算機磁頭上的應(yīng)用硬盤存儲密度：MB,GB

100GB/in21000GB/in2飛行高度：50nm

20nm10nm3-5nm?表面保護膜：10nm5nm3nm1-2nm?保護膜功能：防吸附、防磨損、防腐蝕、潤滑技術(shù)和科學(xué)問題：表面潤滑分子膜的制備、遷移特性納米薄膜的生長機理、界面力學(xué)特性和均勻生長技術(shù)AWA防浸潤涂層X-1P分子薄膜高結(jié)合力的自組裝分子膜3.1分子膜潤滑在磁頭表面應(yīng)用1)AWA防浸潤涂層思路：空氣中污染分子吸附問題； 減小摩擦力； 防腐蝕FC-722--fluoro-polymersolution(C12H7F15O2)m

PFAM分子與DLC表面相互作用示意圖。

楊明楚1)AWA防浸潤涂層－分子膜表征膜厚測量和分子膜化學(xué)結(jié)構(gòu)分析：PHIQuantum2000X射線光電子能譜儀(XPS)和二次離子飛行時間質(zhì)譜儀(ToF-SIMS)表面形貌：DID-3000原子力顯微鏡（AFM）接觸角：VCA2500XE可視接觸角測量儀

TOF-SIMS1)AWA防浸潤涂層－接觸角一次起停過程摩擦力測量結(jié)果WithAWA(No.1)WithoutAWA(No.1)WithoutAWA(No.2)WithAWA(No.2)WithAWA(No.1)WithAWA(No.2)WithoutAWA(No.1)WithoutAWA(No.2)起停實驗?zāi)Σ亮y量結(jié)果實驗前后膜厚變化CFnumberonABSsurfacebeforeandafterCSStest有無AWA膜的表面對比一般滑塊AWA滑塊污染物:S(sulphur),Cl(chlorine),etc.小結(jié)優(yōu)點：結(jié)果表明AWA分子膜具有很好的耐潤濕性能；缺點：PFAM分子膜與DLC間的氫鍵作用力較弱，不能抵抗溶液清洗而發(fā)生解吸附；對于超薄DLC膜，防腐蝕效果不好。

2)X-1P分子薄膜PFPE:盤片上的潤滑劑Al2o3:

滑塊材料X-1P:磁頭上的潤滑劑楊明楚熱重分儀析實驗

(TGA)LubeLube+sliderLube+x-1pLube+slider+x-1p2)X-1P分子薄膜－防腐性能2)X-1P分子薄膜－接觸角(a)Filmthickness=0(b)Filmthickness=1.23nm(c)Filmthickness=1.35nm (d)Filmthickness=1.83nm

2)X-1P分子薄膜－起停實驗(e)Filmthickness=2.53nmCSSwithnumberof200002)X-1P分子薄膜－起停實驗WithoutX-1PfilmCSS實驗后磁頭表面(a)磁頭表面 (b)磁盤表面

磁頭表面X-1P薄膜(<1.5nm)CSS實驗后磁頭、磁盤表面－薄膜(a)Headsurfaceofsampleone(b)Headsurfaceofsampletwo

(c)Disksurfaceofsampleone(d)Disksurfaceofsampletwo磁頭表面X-1P薄膜(>2nm)CSS實驗后磁頭、磁盤表面－厚膜X1-P分子膜小結(jié)優(yōu)點：均有很低的揮發(fā)特性； 可有效地降低PFPE與磁頭Al2O3的反應(yīng)。缺點：與基體作用力較弱，不能抵抗溶液清洗；易聚集。

3)高結(jié)合力的自組裝分子膜研究思路：增強結(jié)合力，填補微空，防腐蝕。胡曉莉1H,1H,2H,2H-全氟葵烷基三乙氧基硅烷CF3(CF2)7(CH2)2Si(OCH2CH3)3（簡稱FTE）3)高結(jié)合力的自組裝分子膜－形貌3)自組裝分子膜－生長過程和規(guī)律(a)DLC表面,(b)1.5h，(c)12h，(d)24h，(e)36h，(f)48h3)自組裝分子膜－膜厚和接觸角反應(yīng)時間36h時膜厚和接觸角值達(dá)到飽和，分別為1.2nm和110.5o清洗對FTE自組裝膜膜厚和接觸角的影響3)高結(jié)合力自組裝分子膜－抗清洗性能3)高結(jié)合力自組裝分子膜－摩擦學(xué)性能10mM濃度時已制備FTE單層自組裝膜的磁頭第2萬次起停結(jié)果問題：反應(yīng)時間太長，工業(yè)界難以應(yīng)用含氟三氯硅烷FOTS自組裝膜的膜厚和接觸角值3)高結(jié)合力自組裝分子膜－摩擦學(xué)性能磁頭腐蝕實驗結(jié)果磁頭起停實驗結(jié)果4.2PFPE膜分子模型楊明楚磁盤表面潤滑分子遷移流動示意圖磁頭-磁盤接觸狀態(tài)模型無磨損無磨損無磨損輕微磨損嚴(yán)重磨損disklubeslider與潤滑劑表層接觸

伸入到潤滑膜中與固態(tài)表面輕微接觸與固態(tài)表面緊密接觸disklubesliderdisklubesliderdisklubesliderDLC表面DLC表面DLC表面DLC表面

1.01TDP1.15TDP1.20TDP1.33TDP4.2PFPE膜分子膜李寧4.2PFPE膜分子膜李寧飛行穩(wěn)定性間隙在1nm以上，可長時間穩(wěn)定飛行（>15小時）間隙降至0.5nm，飛行一段時間后與磁盤發(fā)生間歇性接觸摩擦力略有增加4.2PFPE膜分子膜李寧潤滑劑形貌（OSA測量結(jié)果）潤滑劑表面出現(xiàn)波紋裝形貌，是磁頭飛行時的氣體剪切力造成的在1nm間隙下，潤滑劑的波動幅度較小，無頭盤接觸的痕跡在0.5nm間隙下，潤滑劑的波動與損失更明顯，并出現(xiàn)溝痕(15hr)1nm間隙0.5nm間隙1mm4.2PFPE膜分子膜

李寧潤滑劑轉(zhuǎn)移量與時間和間隙的關(guān)系飛行時間越長，盤片潤滑劑損失量越大，直到飽和；在較大間隙飛行時，潤滑劑損失量很小；間隙降低到某一值時，損失量突然增大(與Ambekar的結(jié)果一致)；LDV和AE沒有探測到頭-盤片接觸（排除了接觸轉(zhuǎn)移的可能）。臨界間隙CriticalClearance潤滑劑:Z-Tetraol厚度：1.6nm鍵合比：55%潤滑劑損失量vs

飛行時間潤滑劑損失速率vs

間隙三、摩擦控制1、基于水基潤滑液的摩擦控制2、基于仿生的摩擦控制3、基于電磁流變材料的摩擦控制為什么進行摩擦控制有害摩擦有用的摩擦摩擦控制

摩擦副材料選擇

表面涂層(固體薄膜)

流體靜壓或動壓膜

吸附膜或反映膜

表面織構(gòu)….被動控制技術(shù)超聲振動仿生

電場磁場電磁流變效應(yīng)電化學(xué)效應(yīng)主動控制技術(shù)1.基于水基潤滑油的電控摩擦

給邊界潤滑施加外電場直接間接MMEME極性:正電壓對應(yīng)負(fù)電荷.輔助電極(1)ceramicball,(2)metalspecimen,(3)graphiteelectrode,(4)SLSsolution,(5)solutiongroove,(6)angularcontactballbearing,(7)forcesensor,(8)DCpower,(9)motor,(10)lever,(11)weight.1.基于水基潤滑液的電控摩擦Test-A3ball-on-diskrotationtype,2(or3)-electrode1.基于水基潤滑液的電控摩擦RingBlockElectricpowersourceGraphiteLubricantTest-BRing-on-blockrotationtype,2-electrode摩擦副上試件:Si3N4ball,ZrO2ball,Al2O3ball,steelball/ring下試件:不銹鋼,碳鋼,黃銅,硅片潤滑劑(去離子水+添加劑+(乙醇))添加劑:陰離子表面活性劑(sodiumlaurylsulfate,orSDS),陽離子表面活性劑,兩性離子表面活性劑

1.基于水基潤滑液的電控摩擦1.基于水基潤滑液的電控摩擦Si3N4ballSteelPlate30NLoad40mm/sspeed1w%zincstearatesolutionTrib.Intern.1999ProImechPartJ.2001Trib.Trans.2001Lubr.Sci.,2003Appl.Surf.Sci.2002PlintTE67Time/sec.FrictionCoeff.5V2.5VNofieldFieldonFieldoff1.基于水基潤滑液的電控摩擦SDSsolution20N100rpm0V+5.5V0V0V+5.5V-2.5V1.基于水基潤滑液的電控摩擦lubricant：0.01mol/LSDSsolutionFrictioncouple：ZrO2/martensitestainlesssteel(HV227)load：10NRotatingspeed：100rpmSamplingfrequency：400Hzlubricant：0.01mol/LSDSFrictioncouples：ZrO2/martensitestainlesssteel(HV227)load：10NRotatingspeed：120rpmSamplingfrequency：400Hz1.基于水基潤滑液的電控摩擦1.基于水基潤滑液的電控摩擦1.基于水基潤滑液的電控摩擦AABB1.基于水基潤滑液的電控摩擦Desorptionofsurfactantfilmwhenthepotentialdecreasesfrom0.03Vdownto-0.4V.B2、基于仿生的摩擦控制BionicschangethelifeofhumanbeingsAerodynamicsHydrodynamics1903,WilburWrightandOrvilleWright,US1578WilliamBourne,UKAristotle(384BC–322BC)“…runupanddownatreeinanyway,evenwiththeheaddownwards.”2、基于仿生的摩擦控制Potentialapplications:geckorobots(worker,spy),geckogloves(spaceapplication,goalkeeper),micro/nano-manipulations,brakes,clutches…Gecko,ananimalwithexceptionalabilitiesofadhesionandfrictioncontrol.2、基于仿生的摩擦控制2、基于仿生的摩擦控制Hierarchicalstructures20lamellar/toe;200,000setae/toe;100-1000spatulae/seta2、基于仿生的摩擦控制LengthWidthThicknessSetaSpatulaPadsHierarchicalstructuresresultinalargerealcontactareaandadhesionforce.2、基于仿生的摩擦控制PredictionsToetestSetatestTestgeckohairsonhydrophobicandhydrophilicsurfaces:1.AdhesionismostlyoriginatedfromvanderWaalsforce2.Capillaryforcemaysignificantlycontributetoadhesionforceunderaproperhumidenvironment.2、基于仿生的摩擦控制WeightFrictionAdhesionToetestMaximumfrictionforce4.3N/toeAutumnK.etal.2、基于仿生的摩擦控制Autumn,K.;Dittmore,A.;Santos,D.;Spenko,M.;Cutkosky,M.，J.Exp.Biol.2006,209,3569.SetaearraytestStronglyanisotropicfrictionandadhesion2、基于仿生的摩擦控制B.Zhao,N.Pesika,K.Rosenberg,YuTian,etal.,Adhesion(Normal)andFriction(Shear)ForceCouplingofGeckoSetalArrays,Langmuir24:1157-1524(2008).SetaearraytestCouplingoffrictionandadhesionWithcurvatureAgainstcurvature2、基于仿生的摩擦控制Slidingisrequiredtoobtainhighlateralshearforceandnormaladhesionforce;Acriticaldetachmentangleofseta-30°;Themaximumfrictionforceofasingleseta200mN;Themaximumadhesionforceofasingleseta20mN.SingleSetatest2、基于仿生的摩擦控制Adhesionforceofasinglespatula-10nNGerritHuber,StanislavN.Gorb,RalphSpolenakandEduardArzt,Resolvingthenanoscaleadhesionofindividualgeckospatulaebyatomicforcemicroscopy,Biol.Lett.1:2-4(2005).Singlespatulatest2、基于仿生的摩擦控制GerritHuber,StanislavN.Gorb,Naoe

Hosoda,Ralh

Spolenak,EduardArzt,Influenceofsurfaceroughnessongeckoadhesion,Acta

Biomaterialia3:607-610(2007).InfluenceofsurfaceroughnessongeckoadhesionSinglespatulatest2、基于仿生的摩擦控制AKGeim,SVDubonos,IVGrigorieva,KSNovoselov,AAZhukovandSYuShapoval,Microfabricatedadhesivemimickinggeckofoot-hair,NatureMaterials2:461-463(2003).2、基于仿生的摩擦控制PolyimideToyStrongadhesionhasbeenachieved.Itisnoteasytobereleasedfromawall.2、基于仿生的摩擦控制HaeshinLee,BruceP.Lee,andPhillipB.Messersmith,Areversiblewet/dryadhesiveinspiredbymusselsandgeckos,Nature448:338-342(2007).CombinationofPDMSpillarsandmusselproteinobtainedstrongadhesio