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[材料资讯] 孙军课题组在曲面褶皱微纳摩擦领域取得新进展

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发表于 2019-5-24 08:46:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

表面图案化往往赋予材料独特的力学、物理及化学性能,因此成为了微纳材料/器件制备的一种重要手段。对于平面型硬膜/软基体系,通过对称失稳而自发形成的表面褶皱已成为了高效、便捷的表面图案化方法之一,可实现对其功能性的宽域调控,并逐步得到了广泛的应用。相比之下,如何人为地控制曲面型膜(壳)/基(核)体系的表面褶皱目前仍然是国际上该领域的难题。由于曲面图案表面在生物医学和机器人工程等诸多领域得到了越来越多的应用,例如生物医学上的药物吸附和细胞吸附,以及机器人工程上的末端执行器等,在这些应用中足够的表面微纳摩擦力是保证其功能性能得以实现的必要前提,所以曲面体系的表面褶皱图案化及其摩擦特性的研究具有重要的理论与实际意义。

曲面褶皱微纳摩擦

曲面褶皱微纳摩擦

针对上述问题,西安交大金属材料强度国家重点实验室孙军教授团队博士研究生原浩植、青年教师吴凯博士和刘刚教授等人采用溅射方法在聚二甲基硅氧烷(PDMS) 微球上制备了金属薄膜褶皱表面,建立了系统的金属褶皱图案相图(包括凹坑型、迷宫型和人字型三种形貌),发现了褶皱尺寸与微球曲率之间的幂律关系,从而实现了基于微球曲率半径和薄膜厚度耦合调控的金属表面褶皱形貌与尺寸的精确控制。研究结果进一步发现,曲面型膜(壳)/基(核)体系的表面微纳摩擦性能强烈地依赖于褶皱的尺寸、形貌和取向。其中迷宫型褶皱表面的摩擦性能具有各向同性,而人字型褶皱表面的摩擦则表现出明显的各向异性,并对褶皱取向敏感。该研究工作实现了曲面体系上表面褶皱的可控制备,揭示了褶皱特性/参量对表面微纳摩擦性能的影响,为曲面体系褶皱表面的摩擦学设计提供了重要的理论指导。

该研究成果日前以《曲率控制的褶皱表面及其摩擦性能》(Curvature-Controlled Wrinkling Surfaces for Friction)为题在国际著名学术期刊《先进材料》(Advanced Materials, IF=21.95)上发表,西安交通大学为该论文的唯一作者单位。

该研究工作得到了国家自然科学基金和“111”引智计划项目的资助。

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201900933

孙军教授,博士生导师,担任金属材料强度国家重点实验室主任,西安交通大学材料科学与工程学长江学者特聘教授,国家杰出青年科学基金获得者,首批“新世纪百千万人才工程国家级人选”入选者,连续两届国家973计划项目首席科学家。在Nature、Science等国际一流学术期刊上发表论文170余篇,研究项目入选“2010年中国高校十大科技进展”,并获得2013年度国家技术发明二等奖。 其团队获评国家自然科学基金委员会创新群体。多次受邀在材料科学与工程领域国际学术会议上作主旨报告。2013年获“全国师德楷模”荣誉称号。

刘刚,1975年8月7日出生,湖南桂阳人 西安交通大学材料学院 教授 博士生导师 教育及工作经历: 1992年9月-1996年7月 武汉钢铁学院材料系 本科 1996年9月-1999年3月 西安理工大学材料学院 硕士研究生 1999年4月-2002年12月 西安交通大学材料学院 博士研究生 2003年4月-2005年3月 清华大学材料系 博士后 2005年4月-2008年5月 西安交通大学材料学院 副教授 2008年2月-2009年4月 德国莱布尼兹固体材料研究所IFW-Dresden 洪堡学者 2008年6月- 西安交通大学材料学院 教授 2009年4月- 西安交通大学材料学院 博士生导师 2006年 入选教育部“新世纪优秀人才支持计划” 2007年 德国洪堡奖学金联系方式:邮箱:lgsammer@mail.xjtu.edu.cn 西安交通大学材料学院邮编: 710049 研究方向: (1) 金属材料强韧化与多尺度断裂行为研究; (2) 铝合金时效动力学及其模拟; (3) 金属薄膜材料的力学性能表征与尺度效应研究; (4) 材料的微观结构-宏观性能量化联系。 发表文章:迄今已在physical Review Letter、Acta Materialia、Applied Physics Letters、 Physical Review B、Scripta Materialia、Journal of Applied Physics、Metallurgical Materials Transaction、Journal of Physics D等国内外知名期刊上发表SCI检索论文50余篇,文章被SCI期刊文章它引500余次。


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