蛇皮非对称结构启发增阻/减阻表面的设计与构筑

摘要

锦蛇是一种分布广泛的蛇类,主要栖息在沿海低地及内陆平原、丘陵和山区等地区,其反应迅速,能在多种环境中快速移动.为了探究锦蛇能够快速移动的奥秘,对锦蛇腹部与背部进行观察,发现这两部分具有截然不同的结构.其中,锦蛇背部鳞片呈现横向有序凸起结构,这种结构有利于运动减阻;锦蛇腹部鳞片呈现纵向有序凸起结构,这种结构有利于增加锦蛇与接触表面摩擦力,从而利于其快速向前运动.受此启发,以蛇皮腹部、背部不同的表面结构为模型,从结构差异及蛇皮腹背功能差异两个方面入手,通过复形分别制备出具有增阻和减阻功能的仿生材料.根据锦蛇腹背微结构构建了仿真模型,通过有限元模拟仿真分析,揭示了锦蛇特殊的表面微结构能够有效实现材料表面的增阻或减阻,该工作为功能界面材料的应用奠定了基础.