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仿生黏附材料的黏附性能评价及初步应用探索 被引量:2
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作者 李阳 王春慧 +2 位作者 陈善广 Stanislav N.GORB 戴振东 《载人航天》 CSCD 北大核心 2018年第4期427-435,共9页
针对空间微重力条件下固体间稳定黏附的技术需求,基于范德华力黏附作用机制的仿生黏附材料有望在空间环境中展现稳定黏附性能。通过模板法和化学气相沉积法制备出具有仿壁虎刚毛纤维阵列结构的聚乙烯基硅氧烷(PVS)高分子聚合物及垂直定... 针对空间微重力条件下固体间稳定黏附的技术需求,基于范德华力黏附作用机制的仿生黏附材料有望在空间环境中展现稳定黏附性能。通过模板法和化学气相沉积法制备出具有仿壁虎刚毛纤维阵列结构的聚乙烯基硅氧烷(PVS)高分子聚合物及垂直定向排列碳纳米管阵列(VACNT)仿生黏附材料,再由扫描电子显微镜、黏附-脱附行为测试平台对仿生黏附材料的微观结构及黏附行为进行了测试,并对种子、粮食颗粒及常用零部件的黏附固定效果进行了初步考察。结果表明,仿生黏附材料具有微纳米级刚毛结构。PVS具有稳定的可重复黏附特性,其法向黏附性能优于切向黏附性能,与蘑菇状顶端在黏附中发挥主要作用有关。而VACNT具有稳定的切向可重复黏附特性,其切向黏附性能优于法向黏附性能,是由VACNT黏附主要依靠侧面接触决定。VACNT和PVS对不同品种的生菜种子和粮食颗粒均能产生有效黏附固定,PVS还能够对空间站常用到的零部件进行稳定固定。 展开更多
关键词 载人航天 仿生黏附材料 碳纳米管阵列 聚乙烯基硅氧烷 黏附固定
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碳纳米管阵列仿生黏附受静电作用影响的研究进展 被引量:2
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作者 孙成祥 李阳 +2 位作者 徐迟 陆明月 戴振东 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第19期19050-19060,共11页
生物进化赋予了壁虎在各种表面上出色的黏附运动能力。受壁虎脚掌的微/纳黏附结构启发研制的仿生黏附材料,其黏附强度已优于壁虎。但壁虎脚掌的其他综合性能,如自清洁性、黏附可控性、可重复性等,仿生黏附材料还不具备,或者差距很大。... 生物进化赋予了壁虎在各种表面上出色的黏附运动能力。受壁虎脚掌的微/纳黏附结构启发研制的仿生黏附材料,其黏附强度已优于壁虎。但壁虎脚掌的其他综合性能,如自清洁性、黏附可控性、可重复性等,仿生黏附材料还不具备,或者差距很大。本文对壁虎脚掌的黏附机制进行了深入分析,为提升仿生黏附材料性能指出方向。近期研究表明,壁虎黏附过程存在接触/摩擦电现象。通过对接触/摩擦电和黏附力的同步测定,发现壁虎黏附性能得益于范德华力并受静电力作用的影响。这一新的作用机制有助于理解仿生黏附材料性能局限的机理,指导其黏附性能的改进。在对不同材料接触电效应的研究中,静电作用对材料间相互作用力的影响也越来越多地被发现并量化分析,这些研究成果为仿生黏附材料黏附过程中静电作用的量化分析奠定了理论基础。碳纳米管仿生黏附材料具有优异的力学、电学性质,其接触电效应已得到验证并进行多样化的应用研究,这些研究成果为分析静电作用对碳纳米管仿生黏附材料的影响规律提供实验参考。此外,基于接触电能量转换特性的纳米摩擦发电机(TENG)已成功应用于能量收集,TENG的快速发展为研究接触电的原理和特性提供了实验平台。本文首先对壁虎黏附机制的近期研究进行梳理,总结范德华力、静电力等作用机制对壁虎黏附的影响规律;结合接触电的近期研究进展,总结静电作用对黏附力的影响规律;系统归纳碳纳米管的黏附性能和接触电现象的研究结果,讨论接触电效应对碳纳米管仿生黏附材料黏附性能的影响;最后结合相关的研究,建立初步模型分析静电作用对碳纳米管仿生黏附材料黏附力的影响。本文期望从静电作用的角度出发,为仿生黏附材料的性能优化提供新的研究思路。 展开更多
关键词 壁虎黏附 黏附机制 接触电效应 碳纳米管阵列 仿生黏附材料
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基于PDMS的蘑菇状仿生黏附微阵列新型制造方法 被引量:1
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作者 赵泽芳 何青松 +4 位作者 张昊 于敏 陆吉 田成博 潘辉 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期258-263,共6页
受到自然界中壁虎和甲虫脚趾表面微纳纤毛结构的启发,本工作基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)提出了一种表面具有蘑菇状微阵列的仿生干黏附材料制造方法,通过进给实验装置对传统支柱状仿生干黏附材料进行“蘸取”,实现了表面蘑菇状微阵列的制... 受到自然界中壁虎和甲虫脚趾表面微纳纤毛结构的启发,本工作基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)提出了一种表面具有蘑菇状微阵列的仿生干黏附材料制造方法,通过进给实验装置对传统支柱状仿生干黏附材料进行“蘸取”,实现了表面蘑菇状微阵列的制造。蘑菇状仿生干黏附材料单根纤维的黏附面积为1.12×10^(-3)mm^(2),最大切向黏附强度为2.65 N/cm^(2),法向黏附强度为5.18 N/cm^(2)。与手工制造方式相比,黏附面积提升了33.74%,黏附强度最大分别提升了225%、280%。结合SEM图、光学显微图、黏附材料与黏附接触面的接触状态和黏着功进行黏附性能的理论分析。利用这一方法,蘑菇状仿生干黏附材料的黏着角减小,微阵列的末端直径、表面平整度、有效黏着功、黏附面积和柔顺性显著提升,材料能够更好地适应接触面,且具有较好的重复性,显著提高了材料的切向和法向黏附强度。本工作为蘑菇状仿生干黏附材料的制造提供了一种新思路。 展开更多
关键词 仿生 干黏附材料 蘑菇状微阵列 有效黏着功
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PVC gel材料驱动性能研究
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作者 潘辉 何青松 +4 位作者 于敏 尹国校 田成博 吴雨薇 曾博 《重庆理工大学学报(自然科学)》 CAS 北大核心 2022年第11期152-160,共9页
为提高PVC gel材料驱动性能,研究了增塑剂含量、凝胶厚度以及阳极网状电极目数这3种因素对PVC gel材料驱动性能的影响。实验结果表明:PVC gel驱动器的工作电流、收缩位移和输出力均随电压的增加而增大。其工作电流随增塑剂含量和阳极金... 为提高PVC gel材料驱动性能,研究了增塑剂含量、凝胶厚度以及阳极网状电极目数这3种因素对PVC gel材料驱动性能的影响。实验结果表明:PVC gel驱动器的工作电流、收缩位移和输出力均随电压的增加而增大。其工作电流随增塑剂含量和阳极金属网目数的增加而增大,随凝胶厚度的增加而减小;其位移和力输出性能与增塑剂含量、凝胶厚度以及阳极金属网目数不呈线性关系,当PVC和DBA质量比为1∶9,凝胶厚度为0.5 mm,阳极金属网目数为20目时,PVC gel驱动器表现出最优的驱动性能,在400 V的直流电压下,其收缩率达到31.6%,收缩力和恢复力分别为948 mN和1125 mN,为后续高性能PVC gel驱动器的制备及应用奠定了基础。 展开更多
关键词 聚氯乙烯凝胶 PVC gel 柔性驱动材料 PVC gel驱动器
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方柱状IPMC制备与驱动性能的研究 被引量:5
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作者 霍凯 何青松 +2 位作者 尹国校 徐显锐 于敏 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期9013-9018,9026,共7页
离子型聚合物金属复合物(ionic polymer-metal composites, IPMC)是一种离子型电致动聚合物材料,具有尺寸小、质量轻、驱动电压低、形变量大以及生物兼容性好等众多优点。但传统片状IPMC只能在单一方向上运动的缺点,极大地限制了IPMC的... 离子型聚合物金属复合物(ionic polymer-metal composites, IPMC)是一种离子型电致动聚合物材料,具有尺寸小、质量轻、驱动电压低、形变量大以及生物兼容性好等众多优点。但传统片状IPMC只能在单一方向上运动的缺点,极大地限制了IPMC的应用。因此,通过溶液浇铸和化学镀的方法制备出一种可实现多自由度运动的方柱状IPMC,并对其表面电极进行了SEM观测和驱动性能表征分析。通过对比方柱状IPMC在正弦、方波和直流电压信号下的末端位移和输出力变化情况,发现方柱状IPMC在这3种电压信号驱动下均具有较好的驱动性能,且在直流电压信号下末端位移和输出力最大。通过对方柱状IPMC在不同运动方向的测试结果进行对比分析,探究了方柱状IPMC在介入式手术导管导向装置上应用的可行性。 展开更多
关键词 方柱状IPMC 制备 位移 输出力 导向装置
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仿复眼视觉测距传感器视轴的快速标定法 被引量:2
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作者 杨预立 邢强 +3 位作者 姚建南 戴振东 王国军 徐海黎 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期166-174,共9页
基于生物复眼的视觉结构特性及视神经处理机制,搭建了环形31通道的仿复眼视觉快速测距传感器,建立了基于侧抑制神经网络的仿生多通道视觉快速测距模型,并提出了基于高斯分布离散信息的多通道传感器多视轴快速标定法,实现环形传感器视轴... 基于生物复眼的视觉结构特性及视神经处理机制,搭建了环形31通道的仿复眼视觉快速测距传感器,建立了基于侧抑制神经网络的仿生多通道视觉快速测距模型,并提出了基于高斯分布离散信息的多通道传感器多视轴快速标定法,实现环形传感器视轴标定.实验结果表明:传感器视轴标定后,传感器阵列中间视角区左眼相对准确度提高20.46%,右眼相对准确度提高9.00%;采用夹角6°的传感器阵列,在左右眼中间评测区内80%以上区域内测得目标所在角度误差小于±0.60°;实现了仿复眼视觉测距传感器对运动目标(速度50mm/s)定位误差在-3~10mm间的实时测距. 展开更多
关键词 生物光学 多视轴标定 曲线拟合 仿生复眼 三角测量 侧抑制神经网络 运动估计
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“行为-力”同步可视化展示系统的开发 被引量:1
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作者 顾俊 徐胜 +3 位作者 邢强 杨预立 王周义 徐海黎 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2021年第2期235-240,共6页
动物行为信号的同步可视化展示为分析和理解动物的运动行为特征提供了有效手段。为了便于直观分析人的运动姿态与脚底接触力的关系,搭建了“行为-力”同步可视化展示系统。首先,利用LabVIEW软件实现了基于UDP(user datagram protocol,... 动物行为信号的同步可视化展示为分析和理解动物的运动行为特征提供了有效手段。为了便于直观分析人的运动姿态与脚底接触力的关系,搭建了“行为-力”同步可视化展示系统。首先,利用LabVIEW软件实现了基于UDP(user datagram protocol,用户数据报协议)的多通道三维力传感器和Kinect相机的信号采集;其次,提出了一种基于插值的数据同步处理方法,实现了运动姿态信号与脚底受力信号的同步处理;然后,采用多线程技术构建了同步实时可视化的虚拟展示系统,实现了运动轨迹、运动姿态和脚底接触力的同步实时展示;最后,通过实验验证了该展示系统具有较好的实时性。研究结果表明,“行为-力”同步可视化展示系统是研究动物运动行为特征的有效装置。 展开更多
关键词 动物行为 脚底压力 多传感器 绘图模型 同步展示
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