一种界面重构的粘附/脱附控制结构及方法

1.本发明属于微纳工程仿生设计技术领域，具体涉及一种界面重构的粘附/脱附控制结构及方法。

背景技术：

2.在干粘附结构表面的应用过程中，如何实现高强度粘附与可控脱附是干粘附研究领域的重要方面。德国马普研究院del campo等人研究发现蘑菇状结构能够实现高强度粘附特性，然而蘑菇状阵列结构由于形貌的对称性，表现出各向等同的粘附强度，无法实现有效可控的脱附；美国卡内基梅隆大学mentin sitti教授、美国加州大学圣巴巴拉分校jacob n.israelachvili教授等人研究的基于倾斜微结构阵列的各向异性结构功能表面，能够实现干粘附表面的可控脱附，然而前提是以牺牲粘附强度为代价的。
3.在保证粘附强度的前提下，调控接触面积也是实现脱附的一种有效方法，然而，如何实现接触面积的灵活调控是目前面临的难题。因此，对接触面积的灵活调控是实现高强度粘附与可控脱附的技术难点。

技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种界面重构的粘附/脱附控制结构及方法，实现接触面积的灵活调控，从而实现高强度粘附与可控脱附。
5.为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
6.一种界面重构的粘附/脱附控制结构，包含两层结构，顶层为干粘附结构层2；底层为人工肌肉调控层，包括人工肌肉结构3和支撑结构4；干粘附结构层2支撑在人工肌肉结构3和支撑结构4顶部，人工肌肉结构3和支撑结构4底部连接在基底5上。
7.所述的干粘附结构层2为蘑菇状阵列结构。
8.所述的干粘附结构层2采用弹性体材料；人工肌肉结构3采用柱状的柔性智能材料，柔性智能材料嵌入电热丝；支撑结构4采用高弹性模量材料的柱状结构。
9.所述的弹性体材料为聚二甲基硅氧烷pdms，柔性智能材料为液晶弹性聚合物lce，高弹性模量材料为特氟龙。
10.利用一种界面重构的粘附/脱附控制结构的方法，包括以下步骤：
11.第一步，无外场作用下，人工肌肉结构3保持初始形貌，干粘附结构层2和被粘附物体1的粘附界面处于高强度粘附状态；
12.第二步，加入外场，电热丝产生的热量使人工肌肉结构3发生热致收缩变形，导致干粘附结构层2和被粘附物体1的粘附界面发生重构，顶层干粘附区域与被粘附物体1的接触面积逐渐减小，使粘附界面从高强度粘附状态转变为低强度粘附状态；
13.第三步，在低强度粘附状态下，拉动界面重构的粘附/脱附结构，使干粘附结构层2和被粘附物体1的粘附界面发生分离，实现可控脱附效果；
14.第四步，撤去外场，人工肌肉结构3在弹性作用下恢复初始形貌，干粘附结构层2实
现还原。
15.本发明的有益效果：本发明能够在保持干粘附结构高粘附强度的前提下，通过外场对人工肌肉结构进行调控，导致粘附界面发生重构，实现接触面积的灵活调控，从而实现高强度粘附与可控脱附；本发明控制方法可广泛用于无人机寄居、机械手增强操作、医疗辅助等技术领域。
附图说明
16.图1为控制结构未施加外场时高强度粘附状态下的示意图。
17.图2为控制结构施加外场时低强度粘附状态下的示意图。
18.图3为控制结构施加外场时低强度粘附状态下界面发生分离的示意图。
19.图4为控制结构撤去外场时干粘附结构层实现还原的示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明做详细描述。
21.参照图1-图4，一种界面重构的粘附/脱附控制结构，包含两层结构，顶层为干粘附结构层2，干粘附结构层2为蘑菇状阵列结构；底层为人工肌肉调控层，包括人工肌肉结构3和支撑结构4；干粘附结构层2支撑在人工肌肉结构3和支撑结构4顶部，人工肌肉结构3和支撑结构4底部连接在基底5上。
22.所述的干粘附结构层2采用聚二甲基硅氧烷pdms等弹性体材料；所述的人工肌肉结构3采用柱状液晶弹性聚合物lce等柔性智能材料，柔性智能材料嵌入电热丝；支撑结构4采用特氟龙等高弹性模量材料的柱状结构。
23.利用一种界面重构的粘附/脱附控制结构的方法，包括以下步骤：
24.第一步，无外场作用下，人工肌肉结构3保持初始形貌，不发生收缩变形，干粘附结构层2和被粘附物体1的粘附界面处于高强度粘附状态，如图1所示；
25.第二步，加入外场，本实施例采用电场形式，电热丝在外加电场的作用下发生电热效应，产生的热量使人工肌肉结构3发生热致收缩变形，导致干粘附结构层2和被粘附物体1的粘附界面发生重构，顶层干粘附区域与被粘附物体1的接触面积逐渐减小，使粘附界面从高强度粘附状态转变为低强度粘附状态，如图2所示；
26.第三步，在低强度粘附状态下，轻轻拉动界面重构的粘附/脱附结构，使干粘附结构层2和被粘附物体1的粘附界面发生分离，实现可控脱附效果，如图3所示；
27.第四步，撤去外场，人工肌肉结构3在弹性作用下恢复初始形貌，干粘附结构层2实现还原，如图4所示。
28.本发明通过外场对人工肌肉结构进行调控，导致粘附界面发生重构，实现接触面积的灵活调控，从而实现高强度粘附与可控脱附。

技术特征：

1.一种界面重构的粘附/脱附控制结构，其特征在于：包含两层结构，顶层为干粘附结构层(2)；底层为人工肌肉调控层，包括人工肌肉结构(3)和支撑结构(4)；干粘附结构层(2)支撑在人工肌肉结构(3)和支撑结构(4)顶部，人工肌肉结构(3)和支撑结构(4)底部连接在基底(5)上。2.根据权利要求1所述的一种界面重构的粘附/脱附控制结构，其特征在于：所述的干粘附结构层(2)为蘑菇状阵列结构。3.根据权利要求1所述的一种界面重构的粘附/脱附控制结构，其特征在于：所述的干粘附结构层(2)采用弹性体材料；人工肌肉结构(3)采用柱状的柔性智能材料，柔性智能材料嵌入电热丝；支撑结构(4)采用高弹性模量材料的柱状结构。4.根据权利要求3所述的一种界面重构的粘附/脱附控制结构，其特征在于：所述的弹性体材料为聚二甲基硅氧烷pdms，柔性智能材料为液晶弹性聚合物lce，高弹性模量材料为特氟龙。5.利用权利要求3所述的一种界面重构的粘附/脱附控制结构的方法，包括以下步骤：第一步，无外场作用下，人工肌肉结构(3)保持初始形貌，干粘附结构层(2)和被粘附物体(1)的粘附界面处于高强度粘附状态；第二步，加入外场，电热丝产生的热量使人工肌肉结构(3)发生热致收缩变形，导致干粘附结构层(2)和被粘附物体(1)的粘附界面发生重构，顶层干粘附区域与被粘附物体(1)的接触面积逐渐减小，使粘附界面从高强度粘附状态转变为低强度粘附状态；第三步，在低强度粘附状态下，拉动界面重构的粘附/脱附结构，使干粘附结构层(2)和被粘附物体(1)的粘附界面发生分离，实现可控脱附效果；第四步，撤去外场，人工肌肉结构(3)在弹性作用下恢复初始形貌，干粘附结构层(2)实现还原。

技术总结

一种界面重构的粘附/脱附控制结构及方法，控制结构包含两层结构，顶层为干粘附结构层；底层为人工肌肉调控层，包括人工肌肉结构和支撑结构；干粘附结构层支撑在人工肌肉结构和支撑结构顶部，人工肌肉结构和支撑结构底部连接在基底上；方法是通过外场作用，人工肌肉结构发生收缩变形，导致粘附界面发生重构，使粘附界面从高强度粘附状态转变为低强度粘附状态；在低强度粘附状态下，拉动界面重构的粘附/脱附结构，使干粘附结构层和被粘附物体的粘附界面发生分离，实现可控脱附效果；撤去外场，人工肌肉结构在弹性作用下恢复初始形貌，干粘附结构层实现还原；本发明实现接触面积的灵活调控，从而实现高强度粘附与可控脱附。从而实现高强度粘附与可控脱附。从而实现高强度粘附与可控脱附。