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Usdt第三方支付接口(www.caibao.it)_水还能变“胶水”?这个仿生吸盘可以在水的作用下吸附和分离

admin3周前30

在自然界中,章鱼、粘鱼和幼虫使用软的生物杯附着在水下的表面。研究人员最近开发出了这种受生物启发的吸盘,但它们的依恋和分离机制仍然难以捉摸。一个新的科学家团队通过集成传感器和相机的双光子光刻技术开发了一种创新的微型吸盘,揭示了它在水下的附着和分离的细节。


在这项工作中,王悦和德国和美国的一个新材料和机械科学与工程研究团队展示了弹性增强的流体动力学如何改善自愈性和杯状基质界面的高吸力,从而将水转化为“胶水”。


该团队开发了一个数学模型来描述依恋和分离过程之间的相互作用。因此,如果这个过程太慢,章鱼就无法附着;如果潮汐对幼虫来说过于温和,水就不能起到黏合剂的作用。因此,水胶的概念可以用于创新的水下运输和制造策略。这项研究现在发表在《科学进展》杂志上。

水如胶水


水通常不是胶水,因为它可以减弱分子间的作用力,防止两个固体之间的紧密接触。除了典型的范德华相互作用外,亲水表面通常由几层水隔开,由于表面粗糙度和粗糙度,平均间隙预计会更大。因此,在潮湿条件下,可逆附着的局限性具有挑战性。


在这项工作中,王等人提出逆转水的作用并将其转化为胶水,以模仿章鱼、粘鱼和河豚等水生动物,它们使用吸盘进行表面附着和运动。吸盘不是通过分子间粘附而附着的,而是通过压差附着的,因此术语“附着”可以更好地描述这种行为。材料科学家们已经为水下应用开发了几种仿生吸盘,作为水和空气中一种强大的附着策略。Wang等人设计了一个微型吸盘,以阐明附着的性质,并使用先进的双光子光刻技术和亚毫米级模塑技术,形成了含有柄和锥形唇的聚氨酯微杯。该团队开发了一种内置压力传感器来测量杯子中的压力,并使用数学模型来加深对潮湿环境中附着的理解。

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范德华力在水下吸盘和压力传感器中的作用


科学家们在空气和水中进行了实验,以了解范德华力在微型芯片中的作用。研究表明,在干燥条件下,在空气中,吸入压力起着次要作用,而范德华相互作用在微尺度上主导着附着。在水下,这种行为反过来意味着范德瓦尔斯力的作用可以忽略不计,而液体静水压力对附着有贡献。这些实验并没有排除范德华力的潜在影响,而是建议开发一种内置压力传感器来进行进一步的压力测量。


压力传感器包含一个腔室,该腔室带有一个膜片,膜片通过一个开口连接到基板上,因此杯和腔室内的压力保持不变。该装置提供了一个压力测量,Wang等人在侧面安装了一个摄像头,以捕捉薄膜偏转,同时使用ImageJ软件测量装置中的相对运动。科学家们提出了一种压力上升的机制,并为水下微型泵开发了一个数学模型,以实施拟议的行动。该团队描述了一种导致前馈溶液和杯子分离的自密封机制。然后,他们深入研究了分离机制,并指出更小的杯子如何产生更强的附着,让人想起固体的“越小越好”范例。

展望


通过这种方式,王越和同事们展示了可变形微杯的详细附着机制,水在两个表面(如杯子和水下基质)之间充当粘合剂,就像自然界中观察到的章鱼和粘着鱼一样。该团队展示了潮湿环境中的附着机制,主要不同于空气中的附着。他们在设计图中展示了分离机制,并基于结果,他们设想了机器人在水下微尺度应用的前景特征。


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