【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于仿生黏附，具体涉及一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法及其黏附应用。
技术介绍
1、经过数百万年的进化，自然界中的一些生物发展出了独特的黏附器官来应对环境的挑战，包括刚毛型黏附垫和光滑型黏附垫。壁虎作为刚毛型黏附垫的典型代表，其黏附脚趾垫具有分层的、方向性的微纳尺度刚毛阵列结构，而且单根刚毛在纵向上显示了β角质蛋白的梯度分布，这使单根刚毛的杨氏模量从根部的1725mpa逐渐降低到靠近尖端的95mpa，显示了明显的梯度模量特征。类似地，瓢虫跗节垫的黏附刚毛，其杨氏模量从刚毛根部的6.8gpa逐渐变化到刚毛尖端的1.2mpa。这种沿刚毛纵向的梯度模量特征有助于增强粗糙基底的适应性和提高刚毛阵列的稳定性。树蛙作为光滑型黏附垫的典型代表，其黏附脚趾垫显示了相反的梯度模量特征，原子力显微镜的纳米压痕测试结果显示树蛙脚趾垫角质化表皮层的平均有效弹性模量约为14.4mpa，而随压入深度增大，有效弹性模量逐渐降低；另外，树蛙脚趾垫表皮层角质细胞中含有大量的糖蛋白、真皮层中存在致密的血管网络和大的淋巴隙，这些特征使其具备优异的粘弹性质。类似地，蚱蜢的光滑型黏附垫在厚度方向上也显示了上硬下软的梯度模量特征，在黏附垫内部存在类似的血淋巴和气囊。这种外硬内软的梯度模量和粘弹性特征使光滑型黏附垫柔软、易于形变，因此同样有助于适应不同的自然基底表面，增强黏附和摩擦性能，同时能提高黏附垫的耐磨性能。
2、受生物黏附微结构和材料性能梯度等的启发，一些具有刚柔复合结构的仿生黏附技术被提出。典型地，tian等通过电响应式自生长策略制备了刚性
3、因此，上述现有技术至少存在以下缺陷：(1)没有同时考虑材料的梯度模量和粘弹性，粘弹性往往被忽略，且梯度模量和粘弹性不可调控；(2)黏附发生后，基于剥离或方向性黏附的脱黏附策略较难控制；(3)刚柔复合结构易发生界面失效，耐久性较差；(4)基于增强颗粒梯度分布的复合体系存在相容性问题，梯度材料特性可能会逐渐丧失；(5)制备工艺较为复杂。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法及基于此的黏附应用。
2、为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，包括以下步骤：
4、步骤1：制备厚度为t0的梯度功能层；
5、所述梯度功能层材料根据温度的不同具有不同的相态，包括刚性玻璃态、玻璃-橡胶转变区和软橡胶态，其玻璃转变温度tg＞40℃；
6、在所述玻璃-橡胶转变区：跨越的温度范围为10℃～30℃，模量和粘弹性对温度变化相比刚性玻璃态和软橡胶态最敏感，具体地：模量随温度升高从gpa量级急剧下降到mpa量级，粘弹性随温度升高先快速增强后快速减弱，在tg附近达到最强；
7、在所述刚性玻璃态：模量随温度升高明显降低，对温度变化的敏感性居中；粘弹性低于玻璃-橡胶转变区和软橡胶态，对温度变化的敏感性居中；
8、在所述软橡胶态：模量和粘弹性对温度变化在三种相态中最不敏感，粘弹性居中。
9、步骤2：将梯度功能层固定在加热元件表面；
10、将所述梯度功能层与加热元件直接接触，所述加热元件从所述梯度功能层的底面对其进行加热；
11、由于加热温度t1与环境温度te之间存在差异，而且梯度功能层具有一定的厚度t0，这使梯度功能层在其厚度方向上产生温度梯度t(t)，满足t(t＝0)＝t1，t(t＝t0)＝t2，t1＞t2＞te，其中，t代表梯度功能层的不同厚度处，t2代表梯度功能层顶面的温度；
12、温度梯度受加热温度t1、环境温度te和梯度功能层厚度t0的影响：t1增高、te降低或t0增大都会使温差t1-t2变大，从而使温度梯度更加明显；反之亦然，t1降低、te增高或t0减小都会使温差t1-t2变小，从而使温度梯度更不明显。
13、步骤3：通过加热元件加热梯度功能层使其处于不同相态，可使梯度功能层在其厚度方向上产生不同的梯度模量和梯度粘弹性特征。具体的：
14、通过加热元件加热梯度功能层使其处于玻璃-橡胶转变区，由于存在温度梯度，而且模量和粘弹性对温度变化很敏感，这使梯度功能层在其厚度方向上产生明显的上硬下软的梯度模量和梯度粘弹性特征；
15、通过加热元件加热梯度功能层使其处于刚性玻璃态，由于存在温度梯度且模量对温度变化较为敏感而粘弹性对温度变化不敏感，这使梯度功能层在其厚度方向上产生明显的上硬下软的梯度模量特征和微弱的梯度粘弹性特征；
16、通过加热元件加热梯度功能层使其处于软橡胶态，尽管温度梯度更加明显，但由于模量和粘弹性对温度变化不敏感，这使梯度功能层在其厚度方向的梯度模量和梯度粘弹性特征不明显。
17、优选地，本专利技术所涉及的一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法还可以具有这样的特征：步骤1中的梯度功能层材料包括形状记忆聚合物、液晶弹性体、液态金属及其复合物等具有类似相态特征的温敏材料。
18、优选地，本专利技术所涉及的一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法还可以具有这样的特征：步骤1中梯度功能层的厚度在毫米量级，梯度功能层太薄不利于厚度方向温度梯度的呈现。
19、再优选地，本专利技术所涉及的一种本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，其特征在于：步骤1中：
3.如权利要求1所述的一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，其特征在于，步骤2中：由于加热温度T1与环境温度Te之间存在差异，而且梯度功能层具有一定的厚度t0，这使梯度功能层在其厚度方向上产生温度梯度T(t)，满足T(t＝0)＝T1，T(t＝t0)＝T2，T1＞T2＞Te，其中，t代表梯度功能层的不同厚度处，T2代表梯度功能层顶面的温度；
4.如权利要求1所述的一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，其特征在于，步骤3中：
5.如权利要求1所述的一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，其特征在于：步骤1中，所述梯度功能层材料为具有所需相态特征的温敏材料。
6.如权利要求1所述的一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，其特征在于：步骤1中，所述梯度功能层的厚度在毫米量级。
7.如权利要求6所述的一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，其特征在于：所述梯度功能层的顶面为光滑平表面或被
8.如权利要求1所述的一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，其特征在于：步骤2中，所述加热元件的加热方式包括电阻加热或其他适用的加热方式，所述梯度功能层与所述加热元件之间粘合牢固。
9.一种基于权利要求1-8中任一项所述的实现可调梯度模量和粘弹性的方法的黏附应用，其特征在于，包括如下步骤：
10.一种基于权利要求9所述的黏附应用实现对黏附的开关调控和对被黏物的拾起和释放操作的方法，其特征在于：首先通过加热元件加热梯度功能层使其处于玻璃-橡胶转变区，施加预压力使梯度功能层与供者基底表面的目标被黏物形成接触并保持一定时间，卸载，此时梯度功能层与目标被黏物之间呈现强黏附状态，即实现黏附开启，梯度功能层可将目标被黏物稳定拾起；接着将目标被黏物转移至目标基底上方，再次施加预压力使目标被黏物与目标基底形成接触并保持一定时间；然后通过加热元件加热梯度功能层使其处于软橡胶态，此时梯度功能层与目标被黏物之间呈现弱黏附状态，即实现黏附关闭；最终梯度功能层将目标被黏物轻松释放在目标基底上。
...【技术特征摘要】
1.一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，其特征在于：步骤1中：
3.如权利要求1所述的一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，其特征在于，步骤2中：由于加热温度t1与环境温度te之间存在差异，而且梯度功能层具有一定的厚度t0，这使梯度功能层在其厚度方向上产生温度梯度t(t)，满足t(t＝0)＝t1，t(t＝t0)＝t2，t1＞t2＞te，其中，t代表梯度功能层的不同厚度处，t2代表梯度功能层顶面的温度；
4.如权利要求1所述的一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，其特征在于，步骤3中：
5.如权利要求1所述的一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，其特征在于：步骤1中，所述梯度功能层材料为具有所需相态特征的温敏材料。
6.如权利要求1所述的一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，其特征在于：步骤1中，所述梯度功能层的厚度在毫米量级。
7.如权利要求6所述的一种实现可调梯度模量和粘弹性的方法，其特征在于：所述梯度功...
【专利技术属性】
技术研发人员：宫岭，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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