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Nature Commun. | 当粘附遇到振动:粘附调控技术新突破

在电影《碟中谍4》里面汤姆克鲁斯攀爬迪拜摩天大楼玻璃外墙的镜头令人印象深刻。他所戴的那副手套可以电控调节吸附力,一旦打开就可以牢牢地吸附在玻璃上,并且可以在吸附/脱附之间很快地切换。类似的,界面粘附力的可控调节在空间技术、微制造、柔性电子、机器人和生物集成器件等广泛应用中至关重要。最近,美国哥伦比亚大学陈曦(Xi Chen)团队、武汉大学刘泽/税朗泉团队和英国思克莱德大学贾来兵(Laibin Jia)团队合作开发了一种全新的粘附调控技术。


这项研究发现,将机械微振动引入普通的粘附接触系统,利用粘附迟滞和动力学失稳,既能实现超过本征粘附强度多个数量级的超强粘附,又能实现低于这一最大强度的任意值,直至完全消除本征粘附,且形成稳定粘附的过程无需额外的预压力。在高强度工况下,单次粘附寿命超过2×107个激振周期,且再次粘附时并不会出现显著的性能下降。此外,在可控粘附强度范围内,任意粘附强度间的切换时间低至毫秒级。


这项研究彻底摆脱了传统人工粘附技术对表/界面微结构和高性能粘附材料的依赖,为相关应用的智能粘附需求提供了一个简单经济而又高效实用的解决方案。同时,这项工作提出的理论模型是暨1971年JKR静态理论提出以来可成功应用于粘附接触动力学研究的模型。为研发类似《碟中谍4》中那样的可控黏附材料(蜘蛛人手套等)提供了新的且简便易行的思路。


上述研究成果发表在Nature Communications 上。武汉大学税朗泉和英国思克莱德大学贾来兵(Laibin Jia)为第一作者。美国哥伦比亚大学陈曦教授(Xi Chen)和武汉大学土木建筑工程学院刘泽教授为通讯作者。这项工作的共同作者还包括西安交通大学刘益伦教授、西北工业大学博士生郭姣姣和西北工业大学硕士生李杭波郭紫昱


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Rapid and continuous regulating adhesion strength by mechanical micro-vibration

Langquan Shui, Laibing Jia, Hangbo Li, Jiaojiao Guo, Ziyu Guo, Yilun Liu, Ze Liu & Xi Chen

Nat. Commun., 2020, 11, 1583, DOI: 10.1038/s41467-020-15447-x


导师介绍

陈曦

https://www.x-mol.com/university/faculty/83256


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