聚氨酯基仿壁虎剛毛干性黏附微陣列的制備及其黏附控制研究.pdf

1、自從2000年Autumn等人揭示了壁虎“飛檐走壁”的神奇能力是源于其腳掌剛毛與接觸表面之間的范德華力進(jìn)行“累加”的結(jié)果，就掀起了一場(chǎng)模擬制備壁虎腳掌材料的熱潮。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于仿壁虎剛毛陣列的制備在向更加簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展，而結(jié)構(gòu)也越加地精細(xì)。同時(shí)，大家除了研究剛毛的結(jié)構(gòu)形貌對(duì)黏附力的影響以外，也漸漸的開始考慮材料物性、基底材料等因素對(duì)黏附力的影響，因而，更全面的研究影響粘附力的因素，制備能夠面向?qū)嶋H應(yīng)用的仿壁虎剛毛陣列成為仿生研究

2、人員的工作重點(diǎn)。此外，目前制備出的仿壁虎剛毛陣列大多只是單一地去模仿壁虎剛毛的幾何結(jié)構(gòu)，沒有體現(xiàn)出壁虎剛毛黏附過程中的可控性。因此，在仿壁虎剛毛陣列的制備過程中，引入控制技術(shù)，制備具有致動(dòng)性能的陣列結(jié)構(gòu)材料，進(jìn)而探究仿壁虎剛毛陣列的黏附過程的主動(dòng)控制問題也是仿壁虎剛毛陣列研究的趨勢(shì)之一。本文在此前提下，以聚氨酯基仿壁虎腳掌剛毛干性黏附陣列的制備為出發(fā)點(diǎn)，主要開展了以下幾個(gè)方面的工作:
　　(1)合成了澆注型聚氨酯彈性體，并以此為基

3、底材料，制備了具有不同長(zhǎng)徑比和不同末端形貌的聚氨酯基仿壁虎剛毛干性黏附微陣列結(jié)構(gòu)。SEM分析和DMA測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該聚氨酯基微米柱陣列結(jié)構(gòu)形貌規(guī)整，力學(xué)性能優(yōu)異?；跐沧⒑宛じ叫阅艿木C合考慮，我們選擇宏觀塊體彈性模量為9.2Mpa的聚氨酯材料用作仿壁虎干性黏附陣列結(jié)構(gòu)的基底材料，此時(shí)PTMG與MDI的比例為1.8∶1。同時(shí)，對(duì)具有不同末端形貌的黏附陣列結(jié)構(gòu)的超疏水性能進(jìn)行了探究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)微米柱的末端形狀對(duì)于其超疏水性能具有很大的影響，尖端凸

4、起的末端形貌具有相對(duì)最優(yōu)秀的疏水性能。
　　(2)構(gòu)筑了聚氨酯/碳納米管陣列的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。首先利用化學(xué)氣相沉積法制備了垂直生長(zhǎng)的碳納米管陣列，并研究了不同生長(zhǎng)溫度對(duì)碳納米管的影響。然后利用前面合成的聚氨酯乳液通過旋涂、浸潤(rùn)的方法將硅基底上碳納米管陣列轉(zhuǎn)移到柔性的聚氨酯基體材料上，得到了具有柔性基底的的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，有助于增強(qiáng)碳納米管基仿壁虎剛毛陣列的可重復(fù)性。
　　(3)為了探索干性粘附材料的主動(dòng)控制，以預(yù)聚體法制備的