2.5纳米工程摩擦
初始制作合成
gecko磁带尝试复制Gecko粘爪子-用纳米缩进后用纳米缩进口模生成生物模拟干粘合纤维的其他制造技术很快跟踪并包括电子波束平面画法、等离子刻录法和照相平面画法
部分群组集中开发新制造技术增加纤维密度,而其他研究者则研究纤维尖形效果、纤维侧比和加盖叠加帽还有一些人试图模仿Geckos上发现的结构,开发层次结构(我们在上一章多读这一点),提高Gecko纤维与表面相容的能力。
研究者开发出第一批纳米/微纹高滑面,可优于莲叶启发液态涂层,特别是在水以蒸气或小滴形式出现时(见:
纳米工程平面粘性水滴)
Lotus效果基础小微和纳米纹理表面对有机或复杂液无效,投手厂则采取根本不同方法:它锁入水层,在顶部生成浮涂层简言之,流体本身成为阻抗面
科学家采行投手阵列策略,制作出一种材料,对包括血液和油在内的各种液体都产生反射作用,甚至在高压和冷温度等严酷条件下也这样做(见:
滑坡:生物布局研究者听取食肉植物的建议)
食品包装中可以找到非棒化涂层的好处大例子。估计高达15%的瓶装调料归根结底被扔掉,因为它们粘贴在容器边上(想番茄调料瓶或牙膏管)。保持瓶净化还可能大幅削减水能使用量,以及在回收前冲刷瓶的相关成本
液浸涂层技术,如
液滑MITís Kripa Varasi和David Smith于2009年开发
SLIPS(滑动液入波面)Joanna AizenbergWyss学院实验室2011年开发的纳米表面纹理
SLIPS设计能暴露无缺陷分子平面液接口,由隐式纳米结构固态阻塞超滑面流水和固态 — — 包括水滴、凝结、冷冻甚至固冰 — — 很容易滑动。
增强液滴在粗糙表面的移动性可产生广泛效益液浸涂层在容器内应用时,起容器表面与粘液之间的滑屏障作用,表示番茄酱涂层永久粘贴容器侧面,同时允许调味完全滑动无残留
提高效果或效率的一些应用有:
干旱区域集水,收集涂层梅片雾滴为农业提供饮用水和灌溉
机翼冷冻安全问题重大酸叶防冰表层在高湿度下失效,反之,基于滑动防冰材料可完全防止温度略低于0摄氏度时形成冰层,同时在深冻和冻化条件下大幅减少积冰和粘合冰层(见:
新旋转反冻)
油水运输管道或医疗管子(例如导管和输血系统)敏感阻压并受意外液面交互作用的损耗
自洁楼面维护,门窗大美学和成本因子
表面阻抗细菌和其他类型污点(例如船壳积聚物)。
电厂热交换器压缩热传换,电厂内乱造降低系统性能
电子设备安全化,使其面部超水分防水性,以免被水分破坏
反粘贴面反排印或涂鸦
自然有工程师想增加而不是减少机械系统摩擦的领域汽车轮胎就是一个很好的例子轮胎引力、轮胎寿命和燃料效率之间有一个经典性能混淆提高一种质量几乎总是降低另一种质量
最理想的是,完全轮胎会最小化滚动阻抗力,提高燃料效率,同时尽量扩大滑动摩擦,基本帮助快速刹车并避免滑动
研究者已经在研究这一问题,创建微和纳米级结构,增强摩擦和粘合控制(见:
Bio启发轮胎设计:)结果增加滑动摩擦可增强轮胎控制力,因为前方能量从轮胎表面释放出来,像无害热声波一样消散并发点并发 所以滚动阻力不增
科学注解:纳米级摩擦
密钥外送
清晰摩擦法则适用于宏尺度,但纳米尺度上精确摩擦机制仍不完全理解
纳米级摩擦比宏级摩擦复杂得多,因为不同的过程和机制可促成滑动期间的能量损耗,从而导致摩擦
工程师复制自然设计以减少大型和纳米级摩擦
词汇表
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Van derWals部队微弱静电能互相吸引中性分子
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超精度:最近发明的三角词,广义定义为摩擦系数接近零状态
NEMS或
纳米电气系统设备内纳米结构物理运动受电路控制,反之亦然
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微信机械电机元件(即装置和结构)由微构件技术制成并微尺度