Page 150 - 摩擦学学报2025年第8期

1248 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

(a) 1) Coating photoresist, soft bake 4) 2 nd masked irradiation (b) (c)
SU-8
Si wafer
2) Masked irradiation 5) Development
Mask
3) Coating new photoresist layer 6) Soft molding, demolding

5 μm 500 μm

(d) Peeling-off direction (e) (f)

Etched Si Pouring PUA UV exposure & Angled nanostructures ~60° Stooped nanohairs Vertical nanohairs
master detachment with high A.R. 2 μm 2 μm

(g) (h) Magnetic induced (i) s-FGPs (j)
5 μm
Layer 1
Layer 2
Layer 3
Decrease Layer 4
Layer 5
750 μm 10 μm 5 μm 10 μm

Fig. 6 The construction of complex structures: (a) schematic of the fabrication process of multi-level structures using physical
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molding method; (b) multi-level structure adhesive array(8N/cm ) ; (c) multi-level structure adhesive array (600 mN) ;
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(d) schematic of the fabrication process of inclined adhesive structures using physical molding method ; (e) inclined
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adhesive array (21 N/cm ) ; (f) inclined adhesive array (11 N/cm ) ; (g) SEM micrograph of wedge-shaped structure ;
(h) schematic of vertical gradient modulus structure construction;(i) SEM micrograph of inclined gradient
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modulus structure ; (j) SEM micrograph of T-shaped gradient modulus structure mimicking tree frog
图 6 复杂结构的构建：(a)物理成型法多层结构制备过程示意图；(b)多层结构胶粘剂阵列(8 N/cm ) ；(c)多层结构胶粘剂阵
2 [21]
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列(600 mN) ；(d)物理成型法倾斜胶粘剂结构制备过程示意图 ；(e)倾斜胶粘剂阵列(21 N/cm ) ；
[21]
2 [21]
[81]
2 [20]
(f)倾斜胶粘剂阵列(11 N/cm ) ；(g)楔形结构SEM照片 ；(h)垂直梯度模量结构构建示意图；
(i)倾斜梯度模量结构SEM照片 ；(j)仿树蛙T型梯度模量结构SEM照片 [83]
[82]
纤维的法向黏附力提高了70%，这主要与接触面积增 应性，从而使接触界面产生较好的附着力；而逐渐硬化
[90]
大导致范德华力增大有关. 的根部能够保证纤维的结构稳定性，保证了其耐用性 .
相比于倾斜结构，楔形结构表现出了更加优异的 早期的功能梯度模量结构的构筑方式包括离心
黏附各向异性和耐疲劳性，并且楔形结构是1类天然 和逐层沉积等，但其材料尺寸较大且存在非连续梯度
的梯度模量结构，更加接近壁虎刚毛末端的真实情况. 结构的问题，这会导致材料的长时使用性能受到影响.
[89]
Parness等 利用双掩模倾斜曝光技术，制造了可重复 Dong等通过磁铁在空间中施加梯度磁场，预分散在流
使用的楔形腔体阵列模板，并基于硅橡胶成型了楔形黏 体中的二氧化硅表面功能化的纳米四氧化三铁填料
附阵列，如图6(g)所示. 其黏附具有各向异性，并表现出 在磁场作用下形成了梯度分布的共混效果，固化后固

动态黏合力，可重复使用超过30 000次. 其最大法向黏 定了纳米填料的位置. 其构筑的功能梯度模量微柱的
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附力达到0.26 N/cm ，最大切向黏附力达到1.59 N/cm . 底座到尖端模量相差6倍，成功模仿了生物黏性刚毛
尽管在过去的很长时间里仿生黏合剂的表面图案化 结构，如图6(h)所示. 通过改变固化成型模具，Wang等 [82]
工作得到了充分发展，但表面图案化结构的柔顺性和 进一步制备了倾斜功能梯度模量微柱(S-FGP)，如图6(i)
稳定性仍是1个自相矛盾的问题. 这个问题是不能通 所示. S-FGP具备强剪切、耐用、各向异性和对不同粗
过表面结构设计解决的，而进一步对生物接触结构的 糙度界面的自适应黏附能力. T形结构尖端能够提供
研究发现，树蛙脚趾垫和壁虎刚毛等生物结构都是梯 更大的接触面积，同时能够大幅度降低接触应力，并
[83]
度模量的结构，其中壁虎刚毛基部到毛尖的杨氏模量 防止裂纹的产生. Liu等 受树蛙刚毛结构的启发，用
最大差异达20倍. 这种梯度结构保留了柔性尖端的顺 离心法构筑了梯度模量微柱结构并将T形尖端移植到