[实用新型]一种黏附材料黏附力和接触/摩擦电同步测量装置

说明书

本实用新型公开一种黏附材料黏附力和接触/摩擦电同步测量装置，包括二维移动平台控制装置、力信号采集装置和电信号采集装置，二维移动平台控制装置包括台板、二维移动平台、固定台和计算机终端，力信号采集装置包括下样品台、上样品台、压力应变传感器和力信号数据采集卡，电信号采集装置包括上接触模块、下接触模块、静电计和电信号数据采集卡。本实用新型还公开一种黏附材料黏附力和接触/摩擦电同步测量方法。优点：能够实现对黏附材料接触黏附过程中的黏附力和接触/摩擦电信号的实时同步测量，适用于分析静电作用和黏附作用的相互关系。

技术领域

本实用新型涉及黏附力和电量测量领域，尤其涉及一种黏附材料黏附力和接触/摩擦电同步测量装置及测量方法。

背景技术

壁虎具有高强的攀爬黏附能力，研究表明其脚掌的层级结构是其强黏附力的来源，背后的黏附机制为范德华力作用机制。而近期研究在壁虎脚掌的接触黏附过程中在接触面上检测到了电学信号，数据表明接触/摩擦电引起的静电作用对壁虎脚掌的黏附具有一定贡献。

以壁虎脚掌为仿生对象，研究人员利用如碳纳米管阵列（VACNT）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等不同材料制备了与脚掌刚毛结构相似的仿生黏附材料。当前研制的仿生黏附材料黏附力可达到100 N/cm²，远大于壁虎脚掌可提供的黏附力，但在其他黏附性能（例如稳定性、自清洁性等）方面，黏附材料弱于壁虎脚掌。这要求我们对黏附材料的黏附机制进一步探索以寻求改进。对于黏附材料的黏附机制而言，传统研究认为范德华力作用机制占据主导地位。黏附材料与目标表面之间发生接触，然后在预压力的作用下导致黏附。

对于黏附材料的接触黏附过程而言，材料之间发生的接触/摩擦将导致接触/摩擦电现象。对于材料间存在的接触/摩擦电现象已有大量研究，其中与力学作用相关的研究表明，材料间的接触/摩擦电现象源于电荷的重新分布，这将在接触材料之间引起静电作用。对于黏附材料而言，其在具有黏附力的同时，也具有接触-摩擦电现象，但是由于黏附过程中接触/摩擦电信号较为微弱，接触/摩擦电引起的静电作用对黏附力造成的影响一直未能够得到量化。针对当前研究中这一空缺，目前亟需实用新型一种可靠稳定的针对黏附材料黏附力和接触/摩擦电信号同步测量的装置。

要研究黏附材料接触黏附过程中接触/摩擦电信号对黏附力造成的影响，首先需要针对黏附材料实现接触黏附过程的移动平台，该平台应具有可设置不同黏附运动模式、不同接触过程参数的特征。然后需要设计接触模块的结构以及力电信号的反馈方式，以保证接触黏附过程中力和电信号的采集。最后需要可实时同步采集并显示力学信号和电学信号的计算机终端，并且应具有量化分析黏附材料接触黏附过程中静电作用和黏附作用关系的能力。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种接触模式和黏附运动参数可调，并能够实时同步获取黏附材料接触黏附过程中的黏附材料黏附力和接触/摩擦电同步测量装置及测量方法。

本实用新型通过以下方案达到上述目标：

一种黏附材料黏附力和接触/摩擦电同步测量装置，包括二维移动平台控制装置、力信号采集装置和电信号采集装置，

二维移动平台控制装置包括台板、二维移动平台、固定台和计算机终端，台板水平放置，二维移动平台具有终端驱动和手动驱动两种模式，二维移动平台立式安装在台板上，二维移动平台导线连接计算机终端，固定台安装在二维移动平台的移动面上；计算机终端预设程序，程序具有固定台不动模式和依据设定参数二维移动模式；

力信号采集装置包括下样品台、上样品台、压力应变传感器和力信号数据采集卡，下样品台固定在台板上，上样品台通过螺栓连接压力应变传感器的一端，压力应变传感器的另一端通过螺栓连接悬臂梁，悬臂梁安装在固定台上，压力应变传感器的电压信号通过导线连接力信号数据采集卡，力信号数据采集卡导线连接计算机终端；