壁虎的动态吸附与壁虎纳米材料仿生学_杨文伍.pdf

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1、第21卷第4期化学进展Vol.21No.42009年4月PROGRESSINCHEMISTRYApr.,2009＊壁虎的动态吸附与壁虎纳米材料仿生学＊＊杨文伍何天贤邓文礼(华南理工大学材料科学与工程学院广州510640)摘要以壁虎为代表的一类脚掌具有超细绒毛结构的动物具备极强的吸附和脱附能力。这种独特的能力引起科学家的极大关注并逐渐成为研究的热点。与一般粘附材料(比如胶水)产生的吸附力不同的是,这种吸附力可以在需要时产生或消失(动态吸附)。模拟这种结构的纳米材料具有极高的实用价值。本文以壁虎为例,从化学、物

2、理学、生物学、机械工程学及材料学的角度全方位系统地介绍了壁虎动态吸附理论和基于这种理论在仿生方面研究的最新进展,最后提出本领域研究工作的展望。关键词纳米壁虎动态吸附仿生中图分类号:TB383;Q811.2文献标识码:A文章编号:1005-281X(2009)04-0777-07DynamicAdsorptionofGeckoandBionicsofGecko-LikeNanomaterials＊＊YangWenwuHeTianxianDengWenli(CollegeofMaterialsSciencean

3、dEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)AbstractSomeanimalssuchasthegeckohavethehairlikeplantarstructures.Theyhaveverystrongattachinganddettachingabilitywhichisincreasinglyattractingscientistsattentionandbecomesthehotpointinsci

4、entificresearch.Theadhesiveforceproducedbythegeckoisdifferentfromothersproducedbythecommonbondslikethegluewater.Itcanappearordisappearwhenneeded(dynamicadsorption).Ahugepotentialapplicationisprospectedforproducingseveralgecko-likematerialsorapparatuses.Int

5、hispaper,thedynamicadsorptionofgeckoandthenewresearchresultsofnano-bionicmaterialsbasedonthistheoryinchemistry,physics,biologyandmaterialsscienceareintroducedwiththeprospectsinthisfieldproposed.Keywordsnanometer;gecko;dynamicadsorption;bionicsContents几个世纪以

6、来,人们一直惊讶一些动物如壁虎、1Dynamicadsorptionofgecko蚊子、苍蝇等超强的吸、脱附能力,譬如:壁虎可以在1.1Gecko'sadsorptivemechanism各种基底上自由地爬行,即便是在很光滑的天花板1.2Gecko'sdetachedmechanism上也可以1ms的速度迅速地移动;蚊子可以轻松地1.3Mechanicalmodelofgecko'sadsorption粘在人体皮肤上实施叮咬;苍蝇甚至可以粘在玻璃2Nano-biomaterials上。这些独特的粘附作用源自

7、于自然界长期的进2.1Nano-biomaterials'size化,研究它们吸、脱附机理对仿制与之类似的生物材2.2Nano-biomaterials'selection料有巨大的启示作用。[1]2.3Nano-biomaterials'preparation古希腊哲学家亚里士多德把这种吸附力归结[2][3]3Prospect为一种超自然力。Cartier、Braun等分别在1872收稿:2008年4月,收修改稿:2008年5月＊国家自然科学基金项目(No.20643001)和广东省科技计划项目(No.2

8、006B11801002)资助＊＊通讯联系人e-mail:wldeng@scut.edu.cn·778·化学进展第21卷[6][6]年和1878年开始研究壁虎脚掌不同寻常的微结构,1c为单根刚毛SEM照片,图1d为单根刚毛的尖但囿于当时的科研条件,他们只能大致地推测壁虎端SEM照片,它由更细微的绒毛组成。每根绒毛的[4]可能具有很精细的脚掌结构。Schmidt在1904年末端呈凹形的勺状。用光学显微镜对壁虎脚掌进