Adhesion on rough surfaces and mechanisms of self-cleaning in insect attachment pads
粗糙表面的粘附力和昆虫附着垫的自清洁机制
基本信息
- 批准号:BB/I008667/1
- 负责人:
- 金额:$ 45.01万
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Research Grant
- 财政年份:2011
- 资助国家:英国
- 起止时间:2011 至 无数据
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Adhesive tapes are made of very soft and tacky materials, allowing them to make contact to moderately rough surfaces. As a result, they are highly susceptible to contamination and can only be used once or twice. By contrast, biological adhesives, as found on the foot pads of insects, allow strong adhesion to rough and contaminated substrates; they can rapidly attach and detach millions of times with no loss of adhesive power. Animal adhesive pads are important models for new 'biomimetic' adhesives, but important aspects of their function are still not fully understood. In this project, we investigate the mechanisms of how insect adhesive pads can cope with surface roughness and contamination. We will use transparent microstructured substrates as a tool to investigate the performance of smooth and hairy adhesive pads of insects. These microstructures consist of micron- and nanometre-sized pillars and ridges and will be fabricated by optical lithography and nanoimprinting. Unlike randomly rough surfaces, these substrates have a well-defined geometry and will allow us to visualize the contact zones of insect pads adhering to them. We will vary the width, height and spacing of the surface structures to explore the detailed parameters of rough surfaces that can be compensated by smooth and hairy adhesive pads of insects. At the same time we will measure what effect roughness has on adhesion and friction forces and we will identify surface conditions that limit insect adhesion. We will study how the pad contact on rough surfaces depends on normal load and shear forces and how it is influenced by time-dependent viscoelastic pad properties. We will also use microstructured substrates to compare two types of foot pads in cockroaches that appear specialized for adhesion and friction (pushing), to test whether they differ in conformability and adhesive strength. We will investigate how natural adhesive pads are able to self-clean by measuring forces after contaminating the pads with standardised particles. We will test three possible mechanisms for self-cleaning, the shedding of particles by alternating pushing and pulling movements, the interlocking of particles when sliding on rough surfaces, and the removal of particles via the secretion of adhesive fluid. Our study of insect adhesion on rough and contaminated surfaces will be important not only for the development of biomimetic adhesives but also for the development of slippery coatings for insect pest control.
胶带由非常柔软和粘性的材料制成,允许它们接触适度粗糙的表面。因此,它们非常容易受到污染,只能使用一次或两次。相比之下,生物粘合剂,如在昆虫的脚垫上发现的,允许对粗糙和受污染的基底进行强粘附;它们可以快速附着和分离数百万次而不损失粘合力。动物粘合垫是新型仿生粘合剂的重要模型,但其功能的重要方面仍未完全了解。在这个项目中,我们研究昆虫粘性垫如何科普表面粗糙度和污染的机制。我们将使用透明的微结构基底作为工具来研究昆虫光滑和多毛的粘附垫的性能。这些微结构由微米和纳米尺寸的柱和脊组成,并将通过光刻和纳米压印来制造。与随机粗糙的表面不同,这些基底具有明确的几何形状,并将使我们能够可视化粘附在其上的昆虫垫的接触区。我们将改变表面结构的宽度、高度和间距,以探索粗糙表面的详细参数,这些粗糙表面可以由昆虫的光滑和多毛的粘性垫补偿。同时,我们将测量粗糙度对粘附力和摩擦力的影响,并确定限制昆虫粘附的表面条件。我们将研究粗糙表面上的衬垫接触如何取决于法向载荷和剪切力,以及它如何受到时间依赖性粘弹性衬垫特性的影响。我们还将使用微结构基底来比较蟑螂中似乎专门用于粘附和摩擦(推动)的两种类型的脚垫,以测试它们在顺应性和粘附强度方面是否不同。我们将研究天然粘合剂垫如何能够通过测量标准化颗粒污染垫后的力进行自清洁。我们将测试三种可能的自清洁机制,即通过交替推拉运动脱落颗粒,在粗糙表面上滑动时颗粒的互锁,以及通过分泌粘性液体去除颗粒。我们对昆虫在粗糙和污染表面上粘附的研究不仅对于仿生粘合剂的开发而且对于用于昆虫害虫控制的光滑涂层的开发将是重要的。
项目成果
期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
With a flick of the lid: a novel trapping mechanism in Nepenthes gracilis pitcher plants.
- DOI:10.1371/journal.pone.0038951
- 发表时间:2012
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- 影响因子:3.7
- 作者:Bauer U;Di Giusto B;Skepper J;Grafe TU;Federle W
- 通讯作者:Federle W
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世界并不平坦:基质几何形状和昆虫附着
- DOI:
- 发表时间:2018
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Chen S
- 通讯作者:Chen S
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- DOI:
- 发表时间:2017
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Chen S
- 通讯作者:Chen S
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- DOI:
- 发表时间:2015
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Birn-Jeffery, Aleksandra V
- 通讯作者:Birn-Jeffery, Aleksandra V
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