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,大自然进化出了可控制粘附、摩擦学和其他表面特性的表面结构,这些在人造材料中是没有的。 例如,蜥蜴使用相对坚硬的材料粘附在各种粗糙和光滑表面上的能力是惊人的。 对不确定表面的接触和普遍粘附的一个共同特征是使用具有板状刮刀末端元件的分层纤维结构,并且根据物种的不同而有重要的变化。 从最近的研究来看,其独特的表面特性,如附着力、摩擦学和可重复使用性,是优化的建筑设计的结果。该项目旨在开发具有纤维状界面的材料,模仿蜥蜴和昆虫的表面结构。这项工作由三名学术研究人员与杜邦公司的工业研究小组密切合作共同进行。 他们的工作需要多个学科的影响。 进行生物学研究来检查自然进化的设计细节和她使用的材料。 研究人员开发了理论模型来了解材料特性和结构与性能的关系。 需要理解的现象是这些材料提供的增强的接触柔量、由于表面力影响下的横向塌陷等现象引起的约束,以及界面分离过程中增强能量耗散的机制。 这些被转化为仿生结构的设计标准。 研究人员使用微光刻技术根据这些设计标准制造纤维结构,并测试其作为具有有用特性的表面的性能。如果最终目标成功,该计划将为社会提供一种全新的紧固件材料。 预期的特性,例如单面性、可重复使用性、低速率依赖性和设计的方向性,形成了现有紧固件(例如压敏粘合剂和钩/环紧固件(例如尼龙搭扣))无法达到的独特组合。 我们预计这种新材料将用于服装、半导体处理和机器人等多种应用。 该项目将培训研究生以高度跨学科的方式工作。 它平衡了高科学质量和培训与行业相关性和兴趣。

项目成果

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