[发明专利]机械式调控物体表/界面粘附强度的方法及试验装置

说明书

本发明公开了一种机械式调控物体表/界面粘附强度的方法及试验装置，本方法在不依赖于物体表面微结构的前提下，将两个具有粘性作用的物体表面接触在一起形成接触副，激发接触副的两个物体做相对机械振动，使接触副的接触区域随时间发生改变，通过改变激振频率或幅值来调控物体表/界面粘附强度。本方法实施简单，可控性强，不依赖于表/界面微结构，具有普适性特点，调控粘附强度的效果明显，可实现接触界面粘附强度的大幅提高或衰减。

技术领域

本发明涉及一种机械式调控物体表/界面粘附强度的方法及试验装置。

背景技术

粘附是自然界中最普遍的现象之一，在长期的生物进化中其性能得到了不断的优化。例如壁虎、甲虫、树蛙等生物足上的层次结构不仅显示了强大的粘附-脱附性能，同样具有较强的环境适应性，稳定性和耐久性。而在人类生活中，粘附也广泛的应用在各个领域，比如创可贴，胶带以及各种材料间的接触，甚至人体血液中小分子粘附在血管壁从而达到治愈伤口的作用。这些生物系统中的优良功能特性激发了很多仿生模拟生物表/界面设计粘附系统研究。高性能表/界面粘附的人工形成和调控是空间技术、微纳制造、柔性电子、机器人和生物集成设备等诸多应用领域中的一项关键技术。

尽管在改善粘附强度、粘附性切换、可逆性和耐久性方面取得了重大进展，但注意到多数仿生人工表/界面的复杂性高、通用性差和性价比低等因素，导致这些仿生人工表/界面并没有很好的造福人类。例如，报道表明，人工分层粘附系统的粘附强度高达200kPa，比自然界的高(壁虎足部的粘附强度为100kPa)，但它通常需要预制复杂的表/界面微结构和施加高预压力。此外，表/界面微结构容易受到环境和表/界面固有力的影响，从而影响其耐久性。而粘附-脱附的切换是通过改变界面的负载路径和失效模式，形成“智能/相变”界面或控制脱附速度来实现的，但目前多数技术只能实现“强”或“弱”两种粘附状态的切换，且切换速度具有内在的局限性。

综上，粘附作为提高人类生存能力和科技水平的关键技术，目前对其应用还要很大的挑战，主要困难在于如何基于现代工业技术稳定、耐久、普适、经济地实现和调控界面的粘附。因此，开发一种具有普适性的调控物体表/界面粘附效果的方法具有实际意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械式调控物体表/界面粘附强度的方法及试验装置，本发明实施简单，可控性强，不依赖于表/界面微结构，具有普适性特点，调控粘附强度的效果明显，可实现接触界面粘附强度的大幅提高或衰减。

本发明所采用的技术方案是：

一种机械式调控物体表/界面粘附强度的方法，在不依赖于物体表面微结构的前提下，将两个具有粘性作用的物体表面接触在一起形成接触副，激发接触副的两个物体做相对机械振动，使接触副的接触区域随时间发生改变，通过改变激振频率或幅值来调控物体表/界面粘附强度。

进一步地，机械振动施加在接触副的两个物体之一，或者同时施加在接触副的两个物体上。

进一步地，机械振动的振源包括扬声器、偏心振子、振动台、压电换能器，机械振动的施加方式包括机械结构施加、电磁力作用、声波介入，激振力的种类包括惯性力、弹力、电磁力、重力/引力。

进一步地，调控物体表/界面粘附强度时，包括表/界面粘附强度的人工增强或减弱。

进一步地，调控物体表/界面粘附强度时，包括表/界面粘附法向或切向强度的人工调控。

一种机械式调控物体表/界面粘附强度的试验装置，包括支撑的设在若干个激振器上的刚性托板、铺在刚性托板上的平台、位于平台上方且与平台垂直接触形成接触副的触头、竖向的升降台、竖向的且通过力传感器与升降台的运动末端连接的缓冲件、限位件和激光位移传感器，触头上部与缓冲件连接且由限位件限位只能升降运动，激光位移传感器能同时检测平台和触头的升降位移。

进一步地，缓冲件为橡皮筋或橡胶。

进一步地，力传感器为悬臂式力传感器。