走进仿生摩擦学世界

1、2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,1,走进仿生摩擦学世界,2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,2,01,02,03,04,目录,仿生摩擦学简介,仿生摩擦学分类,仿生摩擦学重要研究进展,仿生摩擦学展望,2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,3,2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,4,2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,5,随着仿生技术的发展，尤其是生物摩擦学研究的深入，以及医学生物技术、材料科学的快速发展，人们萌生了利用仿生学原理，将天然生物系统的优异摩擦学特性进行移植模仿，并为人类所利用的想法，从而促进了仿生摩擦学的产生和发展。,2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,6,

2、定义,1.仿生摩擦学简介,运用仿生学原理，通过对生物系统的减摩、抗黏附、增摩、抗磨损及高效润滑机理的研究，从几何、物理、材料等角度借鉴生物系统的成功经验和创成规律，来研究、发展和提升工程摩擦副的摩擦学性能。,以具有优异摩擦学特性的天然生物体的结构、材料、性状、原理、行为为创新源泉，通过对天然生物系统的模拟进而创造新摩擦学技术系统或研制摩擦学新材料。,基本思想,2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,7,2.仿生摩擦学分类,仿生摩擦学,系统构成,摩擦学功能,摩擦学材料仿生 摩擦学表面形态仿生,仿生复合摩擦学材料 仿生涂层 仿生润滑材料,非光滑几何表面形态仿生 柔性非光滑仿生 仿生耐磨形态,仿生减

3、摩及脱附 仿生增摩及吸附 仿生耐磨材料 仿生润滑,2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,8,3.仿生摩擦学重要研究进展,3.1 仿生减摩及脱附,光合作用是植物生长的能量-质量转化环节，叶子是光合作用的器官，光合作用通过叶子上的气孔进行，因此保持叶子的洁净对植物生长至关重要。,2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,9,超疏水表面,荷叶表面上有许多微小的突起的“小山包”，平均大小约为10微米，平均间距约为12微米。 在山包上面长满绒毛 在“山包”顶又长出一个馒头状的“碉堡”凸顶。,荷叶表面形貌,植物的自我清洁功能源于叶子表面超常的疏水性, 科学家通过对荷叶的表面进行研究，发现荷叶表面结构是介于

4、微米-纳米尺度的三维表面结构。,在超高解析度电子显微镜可以清晰看到：,2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,10,研究发现荷叶的结构通常会使得落到叶面上的水与叶面的接触角会大于140度。,所以只要叶面稍微倾斜，水珠就会滚落叶面。当水滴从荷叶上滚动时便将污染物颗粒带走。因此形成降雨即可自清洁的表面, 称这种现象为“荷叶效应”。,2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,11,防水卷材,防水布料,具有防污防水能力的人造材料，如纺织材料、建筑材料。 不粘锅其工艺技术：从在金属表面涂一层疏水性的物质特氟龙到现在非常先的钻石渗透技术。 水垢清除材料：将材料表面做成类似荷叶表面使水垢不能在材料表面生成。,

5、2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,12,3.2 仿生增摩及吸附,自然界中脚掌对地面的附着对陆上动物的运动至关重要. 像蚂蚁、苍蝇、蜜蜂、蝗虫、甲虫、蜘蛛和壁虎等动物那样能在各种各样的表面上的进行行走，科学家通过研究发现动物驱动脚掌都具有刚毛结构。,（a) 甲虫 (b) 苍蝇 (c) 蜘蛛 (d) 壁虎 动物足底刚毛结构,2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,13,德国大陆集团根据猫和猎豹脚掌的防滑附着机制，设计出着地压力分布更加均匀，有更强的抓地力的轮胎。这种轮胎能有效增加与地面的摩擦力，在车辆制动时，就可以提供最大可能的地面摩擦力，进一步保证了在潮湿和干燥地面上有更短的制动距离，能确

6、保乘客的安全。,2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,14,3.3 仿生耐磨材料,蚯蚓体表形貌,制动闸片,生活在潮湿、疏松和肥沃的土壤中，身体呈长圆筒形，褐色稍淡，约由100多个体节组成。前段稍尖，后端稍圆，在前端有一个分节不明显的环带。腹面颜色较浅，大多数体节中间有刚毛，在蚯蚓爬行时起固定支撑作用和辅助运动作用。,2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,15,3.4 仿生润滑,润滑是摩擦学研究的重要内容，改善摩擦副的摩擦状态以降低摩擦阻力是减缓磨损的主要技术措施。,基于生物关节润滑机理开发的新型人工关节仿生润滑系统。 基于人体汗腺的特殊结构和排汗原理，开发的高温发汗自润滑材料在极限高温重载工况下具有良好的润滑功能。,2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,16,高温发汗自润滑材料,高温发汗仿生润滑机理简图,润滑机理： 在高温摩擦热应力作用下将复合体中的润滑剂沿着汗腺式有序通道扩散至摩擦界面实现自补偿润滑。,2020/7/28,走进仿生摩擦学世界,17,4.仿生摩擦学展望,揭示生物体特有优异摩擦性能的生物物理本质; 确立仿生对象的选择原则; 研究生物体表面织构与生物材料性能拓扑的规律性及其创成技术; 基于仿生对