Mechanics of Miniature Surface Craters for Reversible Adhesion

可逆粘附的微型表面凹坑的力学

基本信息

  • 批准号:
    1663551
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 47.96万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-01 至 2020-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This award supports fundamental research on the mechanics of cratered surfaces. Reversible adhesives are designed to form temporary bonds, and ideally can be reusable and capable of strong bonding. Such reversible adhesives can find wide applications in vertical mounting and climbing, releasable wafer and chip handling, as well as reusable bio-integrated electronics. It is well known that reversible adhesion can be achieved through surface interactions such as van der Waals (vdW), capillary, and electrostatic forces as well as volume effects such as suction. Adhesion due to surface interactions has been well studied for gecko-inspired microfibrils with different tip shapes including the concave shape. But the contribution from suction has been widely neglected at microscale. However, manufacturing microfibrils with large aspect ratio can be expensive and time-consuming. If an array of meso-scale craters could provide combined high adhesive strength and reversibility, they may become a practical substitute for microfibrils. The results of this research will guide the design and optimization of cratered surfaces and give a definitive answer to the debate of the suction effect across a broad range of scales. It will also create a pathway for developing a new class of superior adhesives for various applications in engineering and medicine. Building upon the strong track record of previous educational and outreach activities, the PIs will continue to provide research opportunities specifically designed for undergraduate and high-school students from minority institutes through NASCENT REU and women in engineering programs (WEP) at UT Austin.The research objective of this research is to test the hypothesis that arrays of miniature craters on polymer surfaces can lead to significantly improved reversible adhesion with pressure-sensitive strengths. The premise of this research is that cratered surfaces can be tailored for various applications, by choosing proper geometric and mechanical properties, as well as the preloading program. Central to this tailoring is a fundamental multi-scale understanding of the adhesion and decohesion mechanisms. The research team plans to develop a fundamental understanding of reversible adhesion of cratered polymeric surfaces in a broad range of scales through the following three research thrusts: (i) Fabrication of surface craters with sizes ranging from centimeters to micrometers. (ii) Measurements of traction-separation relations and pull-off forces. (iii) Modeling and simulation. The project will be carried out by a synergetic team with complementary expertise in microfabrication, adhesion mechanics, modeling, and simulation.
该奖项支持有关裂痕表面机制的基本研究。可逆的粘合剂旨在形成临时键,理想情况下可以重复使用并且能够牢固。这种可逆的粘合剂可以在垂直安装和攀登,可释放的晶圆和芯片处理以及可重复使用的生物集成电子产品中找到广泛的应用。众所周知,可以通过表面相互作用(例如范德华(VDW),毛细管和静电力以及诸如吸力效应的体积效应)来实现可逆的粘附。由于表面相互作用引起的粘附,已经对具有不同尖端形状的壁虎启发的微纤维进行了充分的研究。但是,在微观上,吸力的贡献被广泛忽略了。但是,具有较高纵横比的制造微纤维可能昂贵且耗时。如果一系列中尺度的陨石坑可以提供高粘合强度和可逆性,则它们可能会成为微纤维的实际替代品。这项研究的结果将指导陨石坑表面的设计和优化,并确定对吸力效应的辩论的确切答案。它还将为开发新的高级胶粘剂,用于工程和医学上的各种应用。在以前的教育和宣传活动的良好往绩为基础上,PI将继续提供专门为来自UT Austin的新生REU和工程课程中的少数学院的本科和高中生设计的研究机会。该研究的研究目的是测试对Polymer cormers cormers cormers cormers conforsion的研究的研究,以验证雷神的阵列。这项研究的前提是,可以通过选择适当的几何和机械性能以及预加载程序来为各种应用程序量身定制。这种剪裁的核心是对粘附和脱粘机制的基本多尺度理解。研究小组计划通过以下三个研究推力在广泛的尺度上对围成量表的可逆粘附有基本的理解:(i)构造尺寸从厘米到微米的尺寸的表面陨石坑的制造。 (ii)测量牵引分离关系和推拉力。 (iii)建模和仿真。该项目将由一个协同团队进行,具有微加工,粘附力学,建模和仿真方面的互补专业知识。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Local and non-local modeling aspects of three-dimensional cracks growth initiation
三维裂纹扩展的局部和非局部建模
  • DOI:
    10.1007/s10704-020-00424-8
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Rodin, Gregory J.
  • 通讯作者:
    Rodin, Gregory J.
Suction effects of crater arrays
火山口阵列的吸力效应
  • DOI:
    10.1016/j.eml.2019.100496
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Wang, Liu;Ha, Kyoung-Ho;Qiao, Shutao;Lu, Nanshu
  • 通讯作者:
    Lu, Nanshu
Suction effects in cratered surfaces
凹坑表面的吸力效应
  • DOI:
    10.1098/rsif.2017.0377
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Qiao, Shutao;Wang, Liu;Jeong, Hyoyoung;Rodin, Gregory J.;Lu, Nanshu
  • 通讯作者:
    Lu, Nanshu
Effects of surface tension on the suction forces generated by miniature craters
表面张力对微型陨石坑产生的吸力的影响
  • DOI:
    10.1016/j.eml.2017.07.004
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Wang, Liu;Qiao, Shutao;Lu, Nanshu
  • 通讯作者:
    Lu, Nanshu
Isogeometric boundary element methods and patch tests for linear elastic problems: Formulation, numerical integration, and applications
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Ryan Gupta;Hyonyoung Shin;Emily Norman;Keri K. Stephens;Nanshu Lu;Luis Sentis
  • 通讯作者:
    Luis Sentis

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