低表面能减阻防污仿生涂料的研究现状

通过模拟鲨鱼等动物表皮的低表面能结构制备的涂料能降低船舶和水下航行器航行的摩擦阻力,减小或防止其表面污损,节能降耗,延长设备的使用寿命。简介了鲨鱼皮的表面结构、减阻及其防污机理,叙述了仿鲨鱼皮表面结构的制备方法;从仿生学角度出发,综述了有机硅系列和氟化物系列减阻防污涂料的研究现状,并对仿生涂料的应用前景进行了展望。     

仿生表面减阻的研究现状与进展

仿生表面减阻是众多减阻方法中非常有前景的减阻方式。目前研究最多的是仿生鲨鱼皮减阻和仿生超疏水表面减阻,其中仿生鲨鱼皮表面减阻又分为直接复刻鲨鱼皮表面的盾鳞结构和仿鲨鱼皮沟槽减阻。文中介绍了国内外关于仿生减阻的最新研究进展及成果,综述了仿生鲨鱼皮表面减阻和仿生超疏水表面减阻的研究现状,探讨了仿生表面减阻未来的发展方向和研究重点。虽然仿生超疏水表面一般都具有粗糙的表面微纳结构以及较低的表面能,但不是所有的超疏水表面都具有减阻效果,因此超疏水表面的减阻效果还需要一个度量标准。     

基于表面微结构复制与润湿性调控的水下仿生防污技术研究进展

海洋生物污损会对人类海洋活动和海洋工业产生诸多不利影响，传统使用有机锡或金属离子杀生剂的防污策略会导致环境污染与生态系统的破坏，大自然生物有机体所展示的天然抗粘附机制为绿色防污材料研发带来新的灵感。受生物表皮物理结构及仿生防污机制启发，本文从生物表皮微结构研究入手，综述了仿生微结构复刻与表面润湿性调控两种水下仿生防生物污损策略的研究进展，并展望其前景。     

船舶减阻表面工程技术研究进展

船舶减阻是实现船舶节能减排,构建绿色低碳船舶的关键。船舶被动减阻方法主要有仿生结构减阻、柔性壁减阻、超疏水表面减阻、防污涂层减阻等。按机理将被动减阻方法细分为结构型和物理化学型减阻,结构型减阻是模仿自然界水下生物表面结构以达到减阻效果;物理化学型减阻是赋予表面一定特点,如柔性、超疏水性、防污性等,以通过减少表面摩擦阻力、提高边界稳定性、减轻自重等方式达到船舶减阻的目的。结构型减阻表面构建方法主要有走丝线切割技术(EDM)、滚压成型技术、压印法、浇筑翻模法、涂料喷涂加工技术、激光刻蚀法、三维打印法等;物理化学型减阻表面构建方法主要有涂料喷涂加工技术、旋涂法、化学腐蚀法、溶胶–凝胶法、电化学沉积、静电纺丝、相分离、等离子体处理等。针对以上减阻技术研究现状进行综述,主要从微观机理出发,总结现有文献中制备船舶减阻表面的技术以及存在的问题,并提出多种减阻方法协同作用解决现有问题,指明船舶减阻技术的发展趋势,为船舶减阻技术的研究与应用提供指导。     

仿生机器鱼巡游性能的优化研究

传统的螺旋桨式水下推进器存在机械效率低和机动性能差等缺点,为大幅提高水下航行器的推进性能,仿生鱼类身体\尾鳍泳动模式研制出仿生机器鱼。为研究鱼体运动特征参数对推进性能的影响,建立身体\尾鳍推进模式的运动学方程和动力学模型。通过多步态仿真计算和仿生机器鱼水下游动实验,表明为保证高游速和高水平姿态稳定性,可设计一组特定的波幅包络线系数和体波摆动频率,以实现仿生机器鱼的巡游性能优化。     

仿生机器人研究进展综述

随着机器人技术和仿生学的发展,仿生机器人的研究正受到学者们的普遍关注。在对仿生机器人进行分类的基础上,从地面仿生机器人、水下仿生机器人以及空中仿生机器人3个方面简要介绍了国内外典型仿生机器人的最新研究进展,并介绍其发展趋势。     

仿生织构图案的设计、加工及应用的研究进展

表面织构在提升零件的耐磨性、界面接触的减摩性、材料表面的减阻性以及增强或降低材料的吸附性等方面展现出良好的效果.根据表面功能的不同,分别从耐磨表面、减阻表面、疏水表面、粘(脱)附性表面进行研究,综述了各种仿生织构的设计、加工及应用现状.研究发现,耐磨仿生织构图案尺寸相对较大,多在20μm以上,稳定的结构可以承受较大的外力;减阻疏水表面具有细微的突起状结构,能有效地通过微结构改变表面力学性能;粘附性表面得益于生物体微结构的形状尺寸,毛状微结构拥有良好的吸附性.加工方式上,激光刻蚀能精确控制加工尺寸和几何形状,化学刻蚀能得到更细微的表面形貌.仿生织构在机械密封、活塞环、刀具、滑动轴承及齿轮等应用上起到了良好的效果,但是截至目前,表面仿生织构研究较杂,并且未形成体系,相关设计和作用机理并不完善.通过分析仿生织构图案的功能性设计、多尺度复合加工和对零件服役性能的影响,为仿生织构图案的设计提供思路和更加科学的设计方法,并找到适合每种功能表面的加工技术.将仿生学应用于织构技术上,从生物体借鉴优良的功能特性,以期在工程上得到更广泛的应用.     

仿生织构类型及其对表面摩擦性能影响

随着经济的发展,机械加工零件表面的减阻耐磨及抗黏等性能变得尤为重要,为了提高生产加工过程的高效性和节能性,针对零件的表面问题引入仿生织构的概念。 仿生织构是仿照生物体表特殊的纹理在摩擦副表面加工出能够实现减摩降阻润滑效果的微/ 纳结构。 介绍了多种具非光滑结构表面生物,综述了几种典型仿生织构类型,阐明了每种织构类型的摩擦磨损机理;从织构类型、结构设计和加工方法、压强分布、摩擦因数和机理分析、应用与展望等方面进行评述,对应用最为广泛的凹坑型和沟槽型织构结合实例分析其摩擦磨损性能并附以数据论证,通过摩擦因数和磨损机理判断织构的减摩降阻效果,从而进一步实现参数优化。 分析表明:仿生织构对改善摩擦性能具有重要影响,其中摩擦因数是判断摩擦性能的重要因素,加以磨损机理的深入研究,使得减阻耐磨效果较优的织构类型可大幅提高工业效率,结合工业、航天、 汽车等行业中对仿生织构的应用,展望未来仿生织构的广泛研究及在摩擦过程中性能的优化,实现织构化普及应用。     

表面接枝仿生聚合物刷的润滑性能研究进展EI北大核心CSCD

关节软骨表面刷状的水溶性生物大分子赋予了人体关节优异的润滑性能。受此启发,表面接枝仿生聚合物刷被广泛研究,已经成为改善材料表界面润滑性能的有效手段。然而,目前依旧缺乏关于仿生聚合物刷提高润滑性能研究进展的综述研究。先介绍物理吸附和化学键合两种接枝仿生聚合物刷的表面修饰方法,并比较它们在改善表界面润滑性能方面的优缺点。然后详细论述三种带有不同电荷的仿生聚合物刷(中性聚合物刷、聚阴/阳离子刷和聚两性离子刷)的结构及其对润滑性能的调控作用,探讨其摩擦界面的润滑机制,并总结在构建高润滑性能表界面方面的最新研究进展。最后展望仿生聚合物刷在生物界面润滑领域的未来发展趋势。相关讨论可以为开发具有优异润滑性能的新型仿生材料提供参考。     

挖掘机铲斗减粘脱土研究现状及发展趋势

挖掘机铲斗减粘脱土性能的高低是其工作效率提高的关键，且挖掘机铲斗土壤粘附一直是亟待解决的技术难题。从挖掘机铲斗粘附机理入手，着重从表面改性、加热减粘脱附、机械减粘脱附、仿生减粘脱附四个方面对国内外挖机铲斗减粘脱土技术研究现状进行了阐述，并通过对国内外研究现状的比较，指出了现阶段挖掘机铲斗减粘脱土技术的优缺点，提出依据耦合仿生技术，通过将体表结构、体表电渗、体表润滑、体表柔性等多因素耦合，可以设计出最优减阻效果的铲斗，以期为国内外挖掘机铲斗减粘脱土性能的研究提供理论参考。