Page 145 - 摩擦学学报2025年第8期

第 8 期 李晓晖, 等: 仿壁虎可逆黏附材料的微结构及可逆黏附性能研究进展 1243

2004~2010
“Contact-splitting” and
2005 “crack trapping” principles
Confirmed the key role of JR Soc Interface 2004, 1 (1), 35-48;
capillary forces Adv Eng Mater 2010, 12(5):335-348;
PNAS 2005, 102 (45), 16293-16296 Adv Mater 2010, 22 (19), 2125-2137
Microadhesion mechanism
2000~2002 2021
Revealed van der waals-
based reversible adhesion Confirmed the lipid secretion
Nature 2000, 405 (16787), 681-685; Sci Robot 2017, 2 by gecko toes
(7), Eaan 4545;
PNAS 2002, 99 (19), 2252-12256 Adv. Mater. 2018, Sci Adv 2021, 7(21): eabd9410
30 (29), 1707035
PNAS 2017; 114: E4344- Real-time
53 health monitoring
Prog. Mater. Sci. 2021,
120, 100823 Adv. Mater. 2011,
23, 3949-3953
Adv mater PNAS 2009,
Science 2008, Small 2009, 2009, 21, 106 (14),
Langmuir 2007, 322 (5899), Materials development 5 (2), 170-175 2276-2281 5639-5644
23, 3495-3502 10 μm 238-242 4 μm
Simple geometric Complex multiscale
reversible adhesives reversible adhesives
50 μm
Sci Robot Adv Mater Adv Mater
2017, 2 (2), 2018, 50 μm 2022,
eaak9454 100 μm 1801595 2107748 1 000 μm
Controllable
responsive adhesives

Fig. 1 The developments of bio-reversible adhesion mechanisms and three typical development stages of polymer reversible
adhesive materials [7-24] : the outer ring of the image depicted the research on gecko reversible adhesion mechanisms
in the upper half; various gecko-inspired reversible adhesive materials with different structures in the lower half;
the inner ring highlighted the typical applications of these gecko-inspired reversible adhesive materials
图 1 生物可逆粘附机理的发展及聚合物可逆粘附材料的3个典型发展阶段 [7-24] ：图片外圈上半部分为仿壁虎可逆粘附机理的
研究；下半部分为各种不同结构的仿壁虎可逆粘附材料；内圈重点介绍了这些仿壁虎可逆粘附材料的典型应用

大与物体表面的接触面积. 壁虎脚趾末端的刚毛是 界面造成连续破坏需要持续施加分离的应力. 而平整
1种复杂的多级结构并呈阵列式排布，如图2(a)和(b)所 表面在分离时容易形成应力集中，造成连续分离，导
示，研究发现这些末端微结构的面密度随壁虎体重的 致界面产生黏附失效，如图3(b)所示. 因此，相较于平
增加而增加 . 刚毛的末端进一步裂分，形成纳米级 整表面，裂分的刚毛结构能够提供更大的界面黏附力.
[36]
的抹刀状结构，如图2(c)所示. 范德华力和毛细作用力被认为是壁虎脚掌黏附力的
壁虎在实际附着过程中由抹刀结构与界面形成 主要贡献者.
[9]
接触，如图2(d)所示. Johnson-Kendall-Roberts (JKR)理 Autumn等 分别测量了单个壁虎脚趾在亲水性
[36]
论模型分析 ，在相同接触面积下，接触面被均分成 差异很大的砷化镓和二氧化硅表面产生的黏附力，如
n个完全相同的接触单元，接触单元的数目越多，积分 图3(c)所示. 其结果表明，无论是在亲水的二氧化硅半
得到的黏附力越大，从理论上解释了壁虎脚趾末端的 导体表面还是在疏水的砷化镓半导体表面都存在较

刚毛结构产生远超壁虎体重数十倍的黏附力的原因. 高的黏附力，证实了范德华力是壁虎黏附力的主要组
在实际情况中，接触面本身存在一定的粗糙度，因而 成部分，说明壁虎刚毛的显著黏附性能仅仅受尖端的

相较于平整表面，纤维化表面能够与界面产生更好的 尺寸和形状的影响，而不受表面化学的强烈影响. 由
[7]
共形接触，如图3(a)所示. Hui等 通过对连续纤维界面 于壁虎脚趾末端不存在腺体，是1类干燥的生物黏附
的纤维分离应力进行分析，发现储存在原纤维界面中 系统，早期认为由于液桥引起的毛细管力是壁虎黏附力
的弹性势能并不能驱动下一刚毛的失效，因此对纤维 的主要贡献者这一说法存在争议 [37–38] . 随后的研究证实，