第十五届全国摩擦学大会暨全国青年摩擦学学术会议

大多数蛇的腹部存在一种纳米尺度的台阶结构，在其爬行方向上引起摩擦各向异性[1]。将这种结构赋予工程表面使其具备相似的性质在工程领域有着广阔的应用前景[2]。我们通过热压印成型技术将中华眼镜蛇（Naja atra）腹部的纳米台阶结构复制到热响应形状记忆聚合物（SMP）表面，得到的复制品薄膜表现出受温度诱导调节的摩擦各向异性。具体来讲，如果将SMP复制品压平，表面摩擦力在各个方向几乎相同（各向同性）；加热压平后的表面，纳米台阶结构逐渐恢复到初始状态，表面再次展示出摩擦各项异性。原子力显微镜（AFM）表征结果表明：纳米台阶的高度随加热（T=55℃）时间呈对数增长；台阶处的摩擦各向异性随台阶高度线性增加。因此，可以通过控制加热时间来调节表面的摩擦各向异性，实现一种热响应的、智能可控的摩擦特性。各向异性的调控率达到300%。
此类薄膜可以用于微粒的定向输送。表面的摩擦各向异性使得微球或沙粒在随机振动的驱使下进行定向移动（朝摩擦力小的方向），但在压平后的表面上却只能在原位随机震颤。该原理对于工程表面的“无水自清洁”具有重要启示作用，例如在干旱地区的光伏电池板上有很大的应用潜力。研究结果对于不同摩擦特性的颗粒分类或分离也具有重要意义。