CN114909386A - 一种仿生粘附摩擦微结构及仿生粘附摩擦表面 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生粘附摩擦微结构及仿生粘附摩擦表面,涉及微纳米结构技术领域,包括微吸盘和微流道平面结构,微吸盘的吸附面设有吸附腔,微流道平面结构连接在吸附腔一侧,微流道平面结构的顶面为平齐于吸附面的微流道平面,微流道平面上设有多个向内凹陷的微流道,各微流道排列方向一致,各微流道一端均连通吸附腔,另一端延伸至微流道平面结构远离吸附腔的一端。仿生粘附摩擦表面包括基底和以上所述的仿生粘附摩擦微结构,基底上设有多个排列方向一致的仿生粘附摩擦微结构,各仿生粘附摩擦微结构的背向吸附面的一端连接在基底上。本发明能够满足液体环境下的强粘附摩擦需求,并能够实现快速脱附。
Description
技术领域
本发明涉及微纳米结构技术领域,特别是涉及一种仿生粘附摩擦微结构及仿生粘附摩擦表面。
背景技术
漫长的进化岁月中,很多生物逐渐演化出特殊的粘附结构来实现黏着、攀爬以及捕猎。科研人员从生物粘附结构中获取智慧,发明了各种功能的吸盘、粘着剂以及强粘附摩擦表面。这些发明方便了工业生产和人民生活。
但水下和湿润环境中,摩擦粘附受到液体润滑的影响,难以贴附表面实现有效粘附,同时摩擦力大大降低。目前的大多数粘附摩擦表面都会出现粘附效果变差甚至失效的问题。在例如板材电镀、生物样本运输、硅片清洗等需要液体中转移物体的工作情况下,急需一种适应湿润和水环境的粘附摩擦解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种仿生粘附摩擦微结构及仿生粘附摩擦表面,以解决上述现有技术存在的问题,能够满足液体环境下的强粘附摩擦需求,并能够实现快速脱附。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供一种仿生粘附摩擦微结构,包括微吸盘和微流道平面结构,所述微吸盘的吸附面设有吸附腔,所述微流道平面结构连接在所述吸附腔一侧,所述微流道平面结构的顶面为平齐于所述吸附面的微流道平面,所述微流道平面上设有多个向内凹陷的微流道,各所述微流道排列方向一致,各所述微流道一端均连通所述吸附腔,另一端延伸至所述微流道平面结构远离所述吸附腔的一端。
优选地,所述吸附面为圆形吸附面或椭圆形吸附面。
优选地,所述微流道的深度为0.3-5微米,宽度为1-30微米。
优选地,所述微吸盘和所述微流道平面结构为弹性材料制作而成。
优选地,所述吸附腔的内底面为平面,所述吸附腔的内侧面垂直于所述吸附腔的内底面,所述微流道为横截面为方形的流道。
优选地,所述吸附腔的内表面为圆滑曲面,所述微流道的内表面为弧面。
优选地,所述微吸盘背向所述吸附面的一面上设有连接部,所述连接部连接于基底上。
本发明还提供一种仿生粘附摩擦表面,包括基底和以上所述的仿生粘附摩擦微结构,所述基底上设有多个排列方向一致的所述仿生粘附摩擦微结构,各所述仿生粘附摩擦微结构的背向所述吸附面的一端连接在所述基底上。
优选地,多个所述仿生粘附摩擦微结构呈阵列式排布于所述基底上。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:
本发明提供的仿生粘附摩擦微结构及仿生粘附摩擦表面,利用平行于被吸附表面并平行于微流道的外力拖动本仿生粘附摩擦微结构,由于粘滞阻力的存在,与被吸附表面接触的液体流动速度为零,不能及时随微吸盘运动,当外力方向由微流道平面结构朝向微吸盘时,液体沿微流道向吸附腔内补充的速度不及微吸盘运动的速度,吸附腔内的液体减少,从而增大微吸盘内负压,实现吸附力和摩擦力增强的效果;当外力方向由微吸盘朝向微流道平面结构时,与被吸附表面接触的液体流速为零,不随微吸盘的运动而运动,导致吸附腔内液体积累,内外压力平衡,实现快速脱附的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一中的仿生粘附摩擦微结构的立体结构示意图;
图2为图1中A-A剖面立体结构示意图;
图3为图1中B-B剖面立体结构示意图;
图4为图1中Ⅰ部分的局部放大示意图;
图5为本发明实施例三中的仿生粘附摩擦表面的立体结构示意图;
图6为本发明实施例二中的仿生粘附摩擦微结构的立体结构示意图;
图7为图6中C-C剖面立体结构示意图;
图8为图6中D-D剖面立体结构示意图;
图9为图6中Ⅱ部分的局部放大示意图;
图10为本发明实施例四中的仿生粘附摩擦微结构的立体结构示意图;
图中:100-仿生粘附摩擦微结构、200-仿生粘附摩擦表面、1-微吸盘、2-微流道平面结构、3-吸附面、4-吸附腔、5-微流道平面、6-微流道、7-内底面、8-内侧面、9-连接部、10-基底。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种仿生粘附摩擦微结构及仿生粘附摩擦表面,以解决现有技术存在的问题,能够满足液体环境下的强粘附摩擦需求,并能够实现快速脱附。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1-图4所示,本实施例提供一种仿生粘附摩擦微结构100,包括微吸盘1和微流道平面结构2,微吸盘1的吸附面3设有吸附腔4,微流道平面结构2连接在吸附腔4一侧,微流道平面结构2的顶面为平齐于吸附面3的微流道平面5,微流道平面5上设有多个向内凹陷的微流道6,各微流道6排列方向一致,各微流道6一端均连通吸附腔4,另一端延伸至微流道平面结构2远离吸附腔4的一端。
使用时,利用平行于被吸附表面并平行于微流道6的外力拖动本仿生粘附摩擦微结构100,外力方向由微流道平面结构2朝向微吸盘1,由于粘滞阻力的存在,与被吸附表面接触的液体流动速度为零,不能及时随微吸盘1运动,致使液体沿微流道6向吸附腔4内补充的速度不及微吸盘1运动的速度,吸附腔4内的液体减少,效果相当于微吸盘1内液体被泵出,从而增大微吸盘1内负压,实现吸附力和摩擦力增强的效果;在这个过程中,实现了无需垂直于微吸盘1的初始压力就能实现吸附并增强摩擦和吸附的效果。反向拖动时,与被吸附表面接触的液体流速为零,不随微吸盘1的运动而运动,导致吸附腔4内液体积累,内外压力平衡,实现快速脱附的效果。
本实施例中,吸附面3为圆形吸附面或椭圆形吸附面,圆形吸附面的直径为50-4000微米,优选为150微米,椭圆形吸附面的长轴为40-6000微米,优选为200微米,短轴为30-4000微米,优选为150微米。
本实施例中,微流道6的深度为0.3-5微米,优选为1微米,宽度为1-30微米,优选为8微米。微流道平面结构2的长度为40-5000微米,优选为250微米,厚度为0.6-3000微米,优选为2微米;
本实施例中,微吸盘1和微流道平面结构2为弹性材料制作而成,例如柔性树脂、硅橡胶等可以发生弹性形变的材料。
本实施例中,吸附腔4的内表面为圆滑曲面,微流道6的内表面为弧面。
本实施例中,微吸盘1背向吸附面3的一面上设有连接部9,连接部9连接于基底10上。
本实施例中,微流道6的深度可保持不变,也可以在微流道6远离吸附腔4的末端逐渐减小,在末端将深度逐渐减小后,可以在一定程度上阻止外界液体从微流道6进入吸附腔4内,保证吸附腔4的负压环境。
实施例二
如图6-图9所示,本实施例提供一种仿生粘附摩擦微结构100,与实施例一的不同之处在于,本实施例中,吸附腔4的内底面7为平面,吸附腔4的内侧面8垂直于吸附腔4的内底面7,微流道6为横截面为方形的流道,微流道6无深度变化,便于进行加工制作,以制作出更加微小的仿生微结构。
实施例三
如图5所示,本实施例提供一种仿生粘附摩擦表面200,包括基底10和实施例一中所述的仿生粘附摩擦微结构100,基底10上设有多个排列方向一致的仿生粘附摩擦微结构100,各仿生粘附摩擦微结构100的背向吸附面3的一端连接在基底10上,可通过电解、3D打印、生物复制成形、压印等方法加工成型得到,利用其表面上微流道粘滞阻力产生的液体流动增强湿粘附摩擦效果。
本实施例中,多个仿生粘附摩擦微结构100呈阵列式排布于基底10上。
实施例四
如图10所示,本实施例提供一种仿生粘附摩擦表面200,与实施例三的不同之处在于,本实施中仿生粘附摩擦微结构为实施例二中所述的仿生粘附摩擦微结构100,可通过光刻、3D打印、压印等方法加工成型得到,利用其表面上微流道粘滞阻力产生的液体流动增强湿粘附摩擦效果。
本发明提供的仿生粘附摩擦微结构及仿生粘附摩擦表面,模仿龙虱前肢吸附器官表面结构,可以实现在水环境下产生高摩擦力、高粘附力的效果,不需要排气排液管路、电磁等耗能设备,仅依靠流体在微流道6内粘滞特性无能耗维持粘附,并可在需要时快速脱附,可应用于机械手表面、夹具表面、吸盘表面以及应用于湿、水下环境粘附拖动物体的系统或结构的表面上。
本发明提供的仿生粘附摩擦微结构及仿生粘附摩擦表面,当表面间存在相对运动或此趋势时,利用流体粘滞阻力,通过微流道6排出吸附腔4内的多余液体,有效地实现了无需垂直于平面的力的强粘附效果,在液体环境中能够维持强有力的粘附和摩擦效果,为在例如板材电镀、生物样本运输、硅片清洗等需要液体中转移物体的工作情况提供了一种安全可靠的粘附工具。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种仿生粘附摩擦微结构,其特征在于:包括微吸盘和微流道平面结构,所述微吸盘的吸附面设有吸附腔,所述微流道平面结构连接在所述吸附腔一侧,所述微流道平面结构的顶面为平齐于所述吸附面的微流道平面,所述微流道平面上设有多个向内凹陷的微流道,各所述微流道排列方向一致,各所述微流道一端均连通所述吸附腔,另一端延伸至所述微流道平面结构远离所述吸附腔的一端。
2.根据权利要求1所述的仿生粘附摩擦微结构,其特征在于:所述吸附面为圆形吸附面或椭圆形吸附面。
3.根据权利要求1所述的仿生粘附摩擦微结构,其特征在于:所述微流道的深度为0.3-5微米,宽度为1-30微米。
4.根据权利要求1所述的仿生粘附摩擦微结构,其特征在于:所述微吸盘和所述微流道平面结构为弹性材料制作而成。
5.根据权利要求1所述的仿生粘附摩擦微结构,其特征在于:所述吸附腔的内底面为平面,所述吸附腔的内侧面垂直于所述吸附腔的内底面,所述微流道为横截面为方形的流道。
6.根据权利要求1所述的仿生粘附摩擦微结构,其特征在于:所述吸附腔的内表面为圆滑曲面,所述微流道的内表面为弧面。
7.根据权利要求1所述的仿生粘附摩擦微结构,其特征在于:所述微吸盘背向所述吸附面的一面上设有连接部,所述连接部连接于基底上。
8.一种仿生粘附摩擦表面,其特征在于:包括基底和权利要求1~7中任意一项所述的仿生粘附摩擦微结构,所述基底上设有多个排列方向一致的所述仿生粘附摩擦微结构,各所述仿生粘附摩擦微结构的背向所述吸附面的一端连接在所述基底上。
9.根据权利要求8所述的仿生粘附摩擦表面,其特征在于:多个所述仿生粘附摩擦微结构呈阵列式排布于所述基底上。
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GR01 | Patent grant | ||
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