我院薛龍建教授課題組在國際一流期刊《ACS Nano》上發表重要研究成果

作者:本站編輯點擊:1416時間:2017-09-11

betvicor伟德app (ITS)薛龍建教授課題組(NISE-Lab)仿樹蛙腳黏附結構取得重要進展,研究成果於近期發表於國際一流期刊《ACS Nano》(影響因子:13.942,工程技術一區top),題為“Hybrid Surface Patterns Mimicking the Design of the Adhesive Toe Pad of Tree Frog”。betvicor伟德app 為第一完成單位。

ACS Nano原文鏈接:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b04994

樹蛙等動物在潮濕的環境下生活,可以在植物葉麵上以及葉麵之間跳躍、爬行。在這個過程中樹蛙主要依賴的是它腳趾的黏附與摩擦力。樹蛙腳的黏附與摩擦力主要由其腳趾上的微觀結構以及粘液決定。在前期研究中(Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 1499–1505,影響因子12.124),發現樹蛙等蛙類腳趾上的微觀結構主要表現為五邊形和六邊形,且多邊形之間存在幾微米寬的溝道(如圖1ab所示)。這些溝道能將接觸界麵處的液體排出到接觸界麵之外,從而實現固體和固體之間的直接接觸,獲得較高的黏附與摩擦力。

最新研究發現某些樹蛙腳上的多邊形結構其實是由角蛋白納米纖維束組成。受此啟發,NISE-Lab開發了一種微納複合仿生結構。這種結構由剛性的聚苯乙烯納米棒以及柔軟的矽橡膠組成;聚苯乙烯納米棒垂直分布在矽橡膠的正六邊形柱狀陣列中(如圖1c,d所示)。這種複合結構雖然簡單,但可以在300nm的尺度上調控接觸界麵的應力分布:最大應力的位置從微米柱的邊緣向中心移動,且應力最小值分布在微米柱的邊緣。這樣的應力分布有效地提高了結構的黏附力。而增強的黏附力和相對較高的結構剛度則增強了結構的摩擦力,首次在仿生結構中實現了黏附力與摩擦力的同步增強。

1. (a)樹蛙及其(b)腳趾的表麵結構;(c)仿樹蛙腳複合材料及其(d)結構示意圖,藍色代表矽橡膠,黃色代表聚苯乙烯納米柱。

基於該課題的重要進展,薛龍建教授受邀於ChinaNANO 2017國際會議上做了題為“Turning Effective Elastic Modulus for Structured Adhesives”(結構黏附材料的有效彈性模量調控)的邀請報告(圖2)。

2.NISE-Lab課題組成員於ChinaNano2017會場合影。

薛龍建,武漢大學動力與機械學院教授,工業科學研究院教授。中科院取得博士學位後,作為洪堡學者、馬普學者在德國長期從事科研工作。研究領域包括仿生功能材料、聚合物薄膜穩定性、聚合物薄膜圖案化、微納結構加工等。到目前為止,已經發表包括《自然通訊》在內的高水平SCI科研論文40餘篇,獲批中國專利3項,申請歐盟、美國專利各一項,中國專利多項。多次受邀為國內外專業書籍撰寫相關章節。擔任十餘種國際學術期刊審稿專家。

NISE-Lab歡迎具有物理、化學、材料、生物背景的學生加入,課題組常年招收博士後。課題組與德國具有廣泛的合作,課題組成員有很多機會到德國、歐盟交流學習。