液滴在仿“鸡皮疙瘩”表面的摩擦力动态调控

摘要

目的利用机械拉伸和松弛在仿“鸡皮疙瘩”表面实现不同粗糙度的动态调控,并且利用毛细管投影传感技术(MPCP)定量表征液滴在仿“鸡皮疙瘩”表面的摩擦力,揭示液滴在固体表面的详细运动特征。方法模仿人体鸡皮疙瘩现象,制备了混有聚苯乙烯(PS)小球的聚二甲基硅氧烷(PDMS)仿生表面,利用机械拉伸和松弛,动态调控表面微结构,实现了对表面微观结构不同粗糙度的可逆调控。同时,利用毛细管投影传感技术,定量表征了液滴在平面和条纹结构表面的摩擦力,详细讨论了两种表面在不同拉伸状态下的拉伸量与拉伸方向、液滴体积和移动速度对液固界面摩擦力的影响规律。结果随着样品延伸率的增大,PDMS表面突出的PS小球数量更多、高度更大,使表面粗糙度增大,从而减小了摩擦力。但在拉伸方向(D_(S))和垂直方向(D_(V))的摩擦力大小不同,表现出各向异性。随着液滴尺寸增大,D_(S)和D_(V)两个方向的摩擦力也增大。在测试范围内,液滴的移动速度对液固界面摩擦力的影响可以忽略不计。结论利用PS小球/PDMS混合物制备的模仿人体“鸡皮疙瘩”现象的仿生表面,由于模量差异,在外力拉伸下,PS小球突出表面,导致表面粗糙度增大,模仿了人体的“鸡皮疙瘩”应激反应。移除拉力,“鸡皮疙瘩”消失,实现了表面粗糙度的可逆调控。用毛细管投影传感技术定量表征固体表面的摩擦力,揭示了滚动角测试所无法揭示的液固界面作用规律。