GOALI: Biomimetic Design of Fibrillar Interfaces for Adhesion, Tribology, and other Surface Properties

GOALI:针对粘附力、摩擦学和其他表面特性的纤维界面仿生设计

基本信息

  • 批准号:
    0527785
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2005-09-15 至 2009-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract 0527785Among lizards and insects, Nature has evolved surface structures for controlled adhesion, tribology, and other surface properties that have no counterparts among man-made materials. The ability of lizards, for example, to adhere to a variety of rough and smooth surfaces using relatively stiff materials is remarkable. A common feature for contact and universal adhesion against an indeterminate surface, with important variations based on species, is the use of a hierarchical fibrillar structure with a plate-like spatular terminal element. It appears from recent studies that its unique surface properties, such as adhesion, tribology, and re-usability, result from optimized architectural design. This project aims to develop materials with fibrillar interfaces that mimic surface structures in lizards and insects.This work is being conducted jointly by three academic researchers working in close collaboration with an industrial research group at the DuPont Company. Their work requires the influence of several disciplines. Biological studies are undertaken to examine the details of the designs Nature has evolved and the materials she uses. The investigators develop theoretical models to understand how materials properties and architecture relate to performance. Phenomena that need to be understood are the enhanced contact compliance offered by these materials, constraints due to phenomena such as lateral collapse under the influence of surface forces, and mechanisms by which energy dissipation is enhanced during interfacial separation. These are converted into design criteria for biomimetic structures. The investigators fabricate fibrillar structures based on these design criteria using micro-lithographic techniques and test their performance as surfaces with useful properties.If successful in its ultimate aim, this program will provide society with an entirely new class of fastener materials. Anticipated properties, such as one-sidedness, re-usability, low rate-dependence, and designed directionality, form a unique set not accessible by extant fasteners, for example, pressure sensitive adhesives and hook/loop fasteners (e.g. Velcro). We expect the new material will find use in applications as diverse as apparel, semiconductor handling, and robotics. The project will train graduate students to work in a highly interdisciplinary manner. It balances high scientific quality and training with industrial relevance and interest.
摘要0527785在蜥蜴和昆虫中,自然已经演变出表面结构,用于受控的粘附,摩擦学和其他表面特性,这些特性在人造材料中没有对应物。 例如,蜥蜴使用相对僵硬的材料粘附于多种粗糙和光滑的表面的能力是显着的。 基于物种的重要变化的不确定表面的接触和通用粘附的一个共同特征是使用具有板状的晶状体末端元素的层次原纤维结构。 从最近的研究中看来,其独特的表面特性(例如粘附,摩擦学和可重复性)是由优化的建筑设计造成的。该项目旨在开发具有模仿蜥蜴和昆虫表面结构的纤维界面的材料。这项工作是由三位与杜邦公司工业研究小组密切合作的学术研究人员共同进行的。 他们的工作需要几个学科的影响。 进行生物学研究是为了检查自然已经发展的设计的细节以及她使用的材料。 研究人员开发了理论模型,以了解材料属性和体系结构如何与性能相关。 需要理解的现象是这些材料提供的增强的接触依从性,由于现象(例如在表面力的影响下横向塌陷)引起的限制,以及在界面分离过程中增强能量耗散的机制。 这些转化为仿生结构的设计标准。 研究人员使用微观刻痕技术根据这些设计标准制造原纤维结构,并用有用的特性测试其作为表面的性能。如果在其最终目标中成功,该计划将为社会提供全新的紧固件材料。 预期的属性,例如单面性,可重复性,低率依赖性和设计的方向性,形成了现有紧固件无法访问的独特集,例如,压力敏感的粘合剂和钩/环紧固件(例如,魔术贴)。 我们希望新材料在服装,半导体处理和机器人技术等应用程序中使用。 该项目将培训研究生以高度跨学科的方式工作。 它可以平衡高级科学质量和培训与工业相关性和兴趣。

项目成果

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