[发明专利]用于仿生黏附垫的一维纳米材料增强复合材料

说明书

本发明提供用于仿生黏附垫的一维纳米材料增强复合材料，其特征在于：一维纳米材料按一定规律排布镶嵌在设有支持层的柱体结构中，柱体结构成阵列排列在支持层上。一维纳米材料镶嵌在柱体结构中可以提高柱体结构的强度，减少接触界面处的应力集中，通过支持层和柱体结构以及一维纳米材料的协同作用使得材料在粗糙表面具有优异的黏附性能和摩擦性能。放射状分布的一维纳米材料的存在，能够更加有效地增加柱体结构的强度，改变柱子末端与接触界面处的应力分布，在受到横向摩擦力的时候更有利于保持柱子的稳定性，减少柱体结构的弯曲程度，使得柱体结构更抗倒伏，特别是对于高长径比的柱子阵列抗倒伏增强效果更佳，更进一步提高材料的黏附和摩擦性能。

技术领域

本发明属于仿生材料技术领域，具体涉及一种用于仿生黏附垫的一维纳米材料增强复合材料。

背景技术

材料是现代科学的支柱之一，近年来仿生微纳材料逐渐引起科学家们的兴趣，在结构、润滑、超疏水和黏附等方面进行了大量研究，制备出了相应的仿生材料。如，东南大学赵远锦教授通过对纳米粒子的组装，制备反蛋白石结构色水凝胶器官芯片；北京航空航天大学陈华伟教授通过仿瓶子草制备出微纳结构表面，实现液体单方向铺展；浙江大学化学工程与生物工程学院教授柏浩，带领他的团队模仿北极熊的毛发结构，研制出了一种有序微孔的隔热保温织物。这种织物不仅非常保暖，还能有“隐身”的特殊功能。南京航空航天大学戴振东教授通过仿壁虎微纳刚毛结构，制备了可攀爬的机器“壁虎”。

在社会发展中想要提高材料的性能困难重重，而在生物中，通过某种内部材料的设计，从而改变整体结构的性能，如内部定向组装的木头，肌肉；内部模量多层交替分布的超硬贝壳，这也为未来的社会发展打开一个新的大门。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于仿生黏附垫的一维纳米材料增强复合材料，能够有效增强黏附和摩擦性能。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种用于仿生黏附垫的一维纳米材料增强复合材料，其特征在于：一维纳米材料按一定规律排布镶嵌在设有支持层的柱体结构中，其中，柱体结构成阵列排列在支持层上。

优选地，本发明所涉及的用于仿生黏附垫的一维纳米材料增强复合材料还可以具有这样的特征：一维纳米材料的形状可以为光滑的柱状、含有多孔结构的柱状、内部中空的管状柱状、外部为多孔结构内部实心的柱状、末端含有膨大物的柱状、糖葫芦形在长度方向上含有膨大结构的柱状中的任一种或几种组合；一维纳米材料的材质可以为碳、二氧化硅、塑料、橡胶、纤维素、树脂、金属、陶瓷的任一种或几种组合，并且模量比形成柱体结构的基体材料的模量高。

优选地，本发明所涉及的用于仿生黏附垫的一维纳米材料增强复合材料还可以具有这样的特征：一维纳米材料的排布规律为：在柱体结构的高度方向呈自上而下的放射状分布或自下而上的放射状分布，或者在柱子高度方向上取向排列，排列方向与支持层表面呈45～135°夹角。

优选地，本发明所涉及的用于仿生黏附垫的一维纳米材料增强复合材料还可以具有这样的特征：柱体结构的基体材料与一维纳米材料之间存在直接的化学键合作用、连接剂的键合作用、物理键、分子链相互缠绕、结构互锁作用中的任一种或几种作用组合。

优选地，本发明所涉及的用于仿生黏附垫的一维纳米材料增强复合材料还可以具有这样的特征：在一维纳米材料为多孔结构的情况下，柱体结构的基体材料渗入到一维纳米材料的内部。

优选地，本发明所涉及的用于仿生黏附垫的一维纳米材料增强复合材料还可以具有这样的特征：一维纳米材料可在光、热、磁、电、机械力的任一种或几种刺激的作用下动态改变自身模量、改变与柱子材料的相互作用力的大小。

优选地，本发明所涉及的用于仿生黏附垫的一维纳米材料增强复合材料还可以具有这样的特征：一维纳米材料的分布可以局限在柱体结构的基体内，也可以进一步延伸至支持层中。