聚氨酯蘑菇状仿生微纤维的混合黏附破坏分析

在仿生学领域壁虎因具有优越的攀爬能力而被广泛研究。为对壁虎仿生微结构的垂直攀爬功能进行设计,本工作对壁虎仿生微纤维与垂直表面之间的黏附机制进行了深入研究。采用双线性内聚力模型对聚氨酯(PU)蘑菇状仿生微纤维与刚性基体之间的界面黏附行为进行研究。运用压缩+剪切、剪切加载、拉伸+剪切分别模拟壁虎足部的附着、滑移及分离等爬行动作,探讨壁虎爬行过程中的黏附破坏机理。结果表明,在剪切加载、拉伸+剪切混合加载下,界面均发生法向和切向的混合黏附破坏;在压缩+剪切混合加载下,界面发生切向脱黏或混合黏附破坏取决于压缩载荷的大小。法向载荷通过改变微纤维与基体的接触面积来实现对切向黏附承载力的调控。斜向加载下界面的黏附承载力与载荷倾角有关,对于所选用的聚氨酯蘑菇状仿生微纤维,当斜向压力的倾角小于52°时,界面的切向黏附承载力随着斜向压力倾角的增大而增大;最优的斜向拉力方向为17°,沿该方向可用最小的拉力实现界面的脱黏。     

金属/陶瓷润湿性(下)

本文综述了金属／陶瓷的润湿性的表征及测定方法，理论研究方法，改善润湿性的技术方法。并系统收集和评价了各种金属／陶瓷体系中润湿性的测试和研究结果。     

仿贻贝类含儿茶酚改性聚乙烯醇黏附凝胶的合成

将儿茶酚(catechol)接枝到聚乙烯醇(PVA)侧基上,得到改性聚乙烯醇(m-PVA),以模拟贻贝类分泌的黏附蛋白液。通过(UV-spectra)、(FT-IR)及(H1NMR)证实了m-PVA的大分子结构,并计算出接枝率大约为10%。此外,通过热失重分析(TG)表征了mPVA的热稳定性能。对于模拟贻贝类黏附凝胶的形成机理,通过UV-spectra研究了m-PVA在不同p H值条件下对三价铁离子(Fe3+)的络合作用及所形成的黏附凝胶,以及在高碘酸钠(Na IO4)的氧化下,通过化学交联得到的具有黏附性质的凝胶。通过本文的初步研究,最终合成出具有一定黏附性质的m-PVA凝胶,在一定程度上对贻贝类黏附凝胶进行了仿生。     

超疏水镁合金表面的防黏附和耐腐蚀性能

通过盐酸刻蚀、氨水浸泡和疏水长链接枝,成功构建得到接触角达154°、滚动角为6°的超疏水镁合金表面。利用接触角测试、扫描电镜观察、红外光谱分析、防黏附和电化学实验等分别对超疏水镁合金表面的润湿性能、表面微结构与化学组成、防黏附行为以及耐腐蚀性能进行了考察。结果表明:盐酸刻蚀和氨水浸泡使得镁合金表面产生了微-纳复合结构,而硬脂酸修饰使疏水烃基长链通过化学键接枝到具有微-纳复合结构的镁合金表面。正是由于其特殊的表面微结构和化学组成,使得超疏水镁合金表现出良好的防黏附和耐腐蚀性能。     

关风器物料黏附方面的分析与改进

关风器工作时,如果物料是较干燥的,当物料经过关风器时不会黏附在关风器的叶轮槽里,关风器可以很好的完成卸料工作;但如果物料是脱溶的大豆粕等油料,则会比较湿热,物料经过关风器时经常会黏附在关风器的叶轮槽里,随着叶轮槽黏附的物料越来越多,关风器的卸料能力逐渐下降甚至丧失卸料能力,这时就需要停机,拆卸清理,这会降低生产效率。本文对于闭风器物料黏附提出了一系列解决方案,对叶轮槽结构进行优化,向关风器外壳吹直接蒸汽,采用特殊材料等,并对各种方案优劣性进行了对比。     

金属／陶瓷润湿性（下）

本文综述了金属／陶瓷的润湿性的表征及测定方法，理论研究方法，改善润湿性的技术方法。并系统地收集和评价了各种金属／陶瓷体系中润湿性的测试和研究结果。     

石墨烯与不锈钢微结构表面黏附行为的分子动力学模拟研究

石墨烯和不锈钢的黏附结合对石墨烯在不锈钢材料表面的应用有着重要的意义。不锈钢表面形貌会影响石墨烯的黏附行为，合理的微结构形貌和参数有利于石墨烯的黏附，提升不锈钢表面石墨烯的综合性能。本工作建立了矩形、波纹、半圆以及尖峰截面微结构不锈钢的分子动力学仿真模型，探究了微结构与石墨烯之间的黏附能以及竖直作用力，揭示了石墨烯在不锈钢表面的黏附机理。研究表明：石墨烯的黏附状态受微结构形貌和参数的影响。在仿真中微结构表面石墨烯处于完全黏附状态时，黏附能均达到最大值；在矩形和波纹截面微结构中，通过调节参数可以实现不同的石墨烯黏附状态；竖直作用力受到微结构形貌的影响显著，相同微结构形貌下不同黏附状态的石墨烯的竖直作用力相差很小；竖直作用力对石墨烯的约束贡献很小，水平作用力是保持石墨烯稳定黏附的主要因素。研究结果可为石墨烯在不锈钢表面的黏附应用提供理论指导。     

可降解海藻酸钠-壳聚糖支架用于细胞黏附生长的研究

通过调节海藻酸钠与壳聚糖的比例制备了具有不同降解速度的组织工程支架,并以HepG2为细胞模型考察可降解支架对细胞黏附生长的影响.研究表明:壳聚糖含量越高,支架被溶菌酶降解的速度越快,但支架在培养液中的稳定性越高;MTT结果显示细胞在壳聚糖含量为100%和67%的支架中培养时活性较高,但活死染色显示细胞多以分散状态黏附在支架上,降低壳聚糖含量时细胞活性较低且多以聚集形式存在于支架空隙内部.通过调节海藻酸钠与壳聚糖的比例制备出可降解的组织工程支架,可以控制细胞的生长速度及黏附状态,有望为细胞的生长及功能发挥提供更适宜的环境.     

PPC液晶合成、表征及PPC/PVC复合膜蛋白吸附研究

以羟丙基纤维素(HPC)为原料,通过丙酰氯酯化反应合成羟丙基纤维素丙酸酯(PPC),采用IR和NMR表征了PPC的化学结构,偏光显微镜观察证实取代度为2.06的PPC在体温37℃附近呈现胆甾型液晶态。采用溶剂成膜法制备PPC/聚氯乙烯(PVC)液晶复合膜,应用考马斯亮蓝法,测定了在体温37℃下不同液晶含量的PPC/PVC复合膜对牛血清白蛋白(BSA)的吸附。结果表明,PPC液晶/PVC复合膜的蛋白吸附随液晶含量的增加而减少,PPC液晶可以显著降低基体聚合物的蛋白吸附量,有希望用于改善聚合物的抗蛋白黏附性能。     

微机电系统中的微观黏滑、黏附与控制

微观黏滑和黏附失效是微机电系统中的常见现象,该现象主要是由于受包括静电力、范德华力及毛细力等各种表面力所起的主导作用而产生的．采用黏着接触理论和运动分析方法,得到了微观摩擦试验中黏滑出现的无量纲黏滑数,表微观黏滑是接触表面特性、形貌参数、接触载荷及滑动速度等综合作用的结果,进而获得黏滑现象的各种临界参数,提出了黏滑行为控制的表面修饰与形貌设计依据;针对微构件的黏附失效,采用Laplace公式并结合微构件的变形分析,探究了毛细力作用下微构件的变形特征与失稳行为,发现其变形过程中存在着不稳定的临界点,对应黏附行为的发生,进而提出了微构件防黏附的结构设计．     

钛合金表面微粗糙化对成骨细胞黏附及增殖行为的影响

采用表面机械研磨(SMAT)法对Ti-25Nb-3Mo-3Zr-2Sn(TLM)钛合金处理15min,而后将处理前后的钛合金样品与成骨细胞共培养1h、24h。采用X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDX)及激光共聚焦显微镜(CLSM)对处理前后样品表面的结构进行了分析,结果显示SMAT处理不会改变TLM钛合金的物相、晶粒尺度及化学组成,处理前后物相均由单一的β相组成,晶粒尺寸均在10~20μm且没有引入新的杂质元素,但SMAT处理会改变TLM钛合金的表面粗糙度,处理前的样品表面平整,平均粗糙度Ra为(0.2±0.03)μm,而处理后的样品表面坑洼不平,平均粗糙度Ra增至(2.6±0.4)μm。随后的细胞实验结果显示,对比SMAT处理前,成骨细胞在处理后的微粗糙表面铺展得更为充分,增殖得更加迅速。研究表明,SMAT处理可以改善TLM钛合金表面的成骨细胞生长环境,从而为开发出更符合临床应用的钛金属种植体提供新的思路。     

组织工程支架材料的研究进展

自19世纪以来,移植手术一直致力于修复由于创伤﹑感染﹑肿瘤所造成的大范围组织缺损,以恢复器官功能。自体移植是目前最常采用的疗法,但供体的有限性限制了其应用,而且会给患者带来很大的痛苦。组织工程的目标是通过种子细胞在三维支架材料上的黏附﹑生长进而修复受损的组织。三维支架是种子细胞形成组织之前赖以生存和依附的载体,能够正确引导新组织的生长。因此支架材料的选择就成了关键,本综述主要介绍目前应用于组织工程的生物支架材料的性能要求﹑发展现状以及发展前景。     

碳纤维与环氧树脂润湿和黏附作用

对比分析了不同类型碳纤维与环氧树脂的接触角的变化规律, 并利用Young-Dupre法和Wu法, 分析了黏附功随温度的变化规律, 以及树脂固化对纤维/树脂润湿、黏附作用的影响。结果表明: 升高温度有利于T300、CCF、T700纤维和环氧AG80树脂的润湿, 去除纤维表面上浆剂后其表面能极性分量下降, 与AG80树脂的润湿和黏附性能变差; 在树脂体系未发生化学反应前, AG80/DDS树脂体系比AG80纯树脂与T700纤维的润湿性能好, 黏附性能差; 110 ℃恒温条件下随固化时间延长, AG80/DDS和E51/DDS树脂体系与T700纤维的浸润和黏附性能均改善。      

磷酰胆碱共聚物的合成及膜的生物相容性

为了研究磷酰胆碱类聚合物的生物相容性,以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,采用自由基聚合制备了系列2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)与甲基丙烯酸丁酯(BMA)、甲基丙烯酸异辛酯(EHMA)的共聚物PMB、PMEH.用红外光谱、元素分析、核磁共振等方法对其结构进行了表征并探讨了其在不同溶剂中的溶解性,为该类物质的提纯提供依据;通过溶剂挥发法制备了共聚物薄膜,血小板黏附实验显示,含有MPC的聚合物薄膜比不含MPC的聚合物薄膜有更好的血液相容性;溶胀度测试显示MPC聚合物薄膜有非常好的吸收水的能力,且平衡含水量(EWC)会随着MPC在聚合物薄膜中含量的增加而增加,当MPC在PMB20中的摩尔含量为18%时,平衡含水量可以达到47%,这是磷酰胆碱类聚合物薄膜具有优良生物相容性的原因之一.     

冰晶对黏附成骨细胞损伤的实验研究

低温冻结保存过程中,冰晶是造成细胞损伤的主要因素之一.本研究运用研制的方向性冰晶生长实验台,定量研究了胞外冰晶对黏附成骨细胞的损伤.结果表明,当冰晶生长方向与黏附成骨细胞中轴线的夹角在0～30度之间时,细胞存活率高达89.3±18.9%,而当它们之间的夹角在30～60度以及60～90度之间时,细胞的存率分别为49.0±19.0%,42.8±15.8%,表明细胞存活率与胞外冰晶与黏附细胞的接触面积有关.     

炸药与黏结剂溶液的黏附功对PBX水悬浮制备工艺的影响

能否采用水悬浮工艺制备聚合物黏结炸药(PBX),一般需要多次试验后对炸药/黏结剂体系进行判断。测试了不同浓度的氟橡胶(F2603)溶液与奥克托今(HMX)、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的接触角，计算了HMX、FOX-7与不同浓度的F2603溶液、7%乙酸乙酯@水的黏附功，分析了黏结剂溶液浓度变化对成粒的影响。结果表明：HMX与质量分数14%的F2603溶液的黏附功大于HMX与7%乙酸乙酯@水之间的黏附功，HMX可以黏结成粒；FOX-7与不同浓度F2603溶液的黏附功均小于FOX-7与7%乙酸乙酯@水之间的黏附功，FOX-7无法黏结成粒。经试验验证，计算结果与实际成粒情况一致。     

基于PDMS的蘑菇状仿生黏附微阵列新型制造方法

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^-3mm²，最大切向黏附强度为2.65 N/cm²，法向黏附强度为5.18 N/cm²。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。     

聚醚酰亚胺修饰碳纤维及其对聚碳酸酯基复合材料界面和性能的影响

以聚醚酰亚胺(PEI)为修饰剂,对氧化后的碳纤维(CF)进行表面修饰,并通过红外光谱、X射线光电子能谱和扫描电镜(SEM)表征了表面修饰效果。结果表明,氧化处理使CF表面PEI修饰层更加均匀。考察了PEI和CF含量对CF增强聚碳酸酯(PC/CF)复合材料力学性能、导热性能及耐热性能的影响,发现PEI修饰层使PC/CF复合材料的拉伸强度比未经修饰的PC/CF提高了35.2%,维卡软化温度(VST)进一步上升了约2℃,热导率最大提高了13.1%。拉伸样条断面的SEM图确认了PEI修饰层改善了复合材料的界面附着效果。结合复合材料中CF的长度分布统计及样品断面的SEM图对PC/CF复合材料的性能表现进行了分析。     

电刷镀-激光加工法制备耦合结构及复合特性研究

通过电刷镀-激光加工法在铝合金表面制备出特殊的复合结构,获得具有低黏附、耐腐蚀特性的超疏水表面,其对水的静态接触角达到155.1°,滚动角小于5.6°。利用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜、接触角测量仪(OCA15Pro)和X射线衍射仪(XRD)表征表面的形貌结构、润湿特性和物相组成,并通过腐蚀性实验对表面的耐腐蚀性能进行研究。结果表明:制备表面是一种带有孔洞的沟槽与菜花状的凸包簇形成的复合结构,并且各凹槽与凸包结构均为定尺寸分布。电刷镀处理使表面物相组成相对于基体表面发生明显变化,进一步的激光加工使峰值强度增强,材料组织发生细化现象;耦合方法所制备表面的耐腐蚀性也得到改善。     

铝基防冰表面的研究进展

铝和铝合金是用途十分广泛的金属材料,当其作为设备表面置于零度以下工作时,设备表面的防冰保护对其安全运行具有重要意义.本文综述了两种类型的铝基防冰表面:超疏水型和有机润滑型.首先介绍了铝基表面微纳米结构的制备方法及其表面的低能化,并总结其优缺点.然后阐述了铝基表面防冰性能的表征手段,包括水滴延迟结冰和冰黏附强度,通过表征可判断不同铝基表面防冰性能的差异.最后提出铝基防冰表面未来的研究应聚焦于铝基表面的耐磨性及结冰/除冰循环下表面防冰的可持续性.