多组份硅橡胶基末端膨大二级结构粘附性能研究

本文在前期工作基础上,在仿生刚毛一级结构末端固化1层粘附层,制备出末端膨大二级结构,用UMT测试其粘附性能。结果表明：正向滑移单根阵列支杆产生的切向力为5.3 mN,5倍于一级结构的刚毛;末端膨大结构的粘附层因材料组份的不同,其粘附阵列产生的切向粘附力明显不同;倾斜的末端膨大二级结构具有各向异性的粘附特性,正向滑移产生的切向力是逆向滑移的切向力的3.5倍。     

仿复眼的动目标位置快速估计算法

昆虫复眼由成百上千个小眼组成,具有大视范围内的快速识别能力.本文仿昆虫复眼的快速定位特性,提出一种基于小眼视场交汇空间分区的动目标位置快速估计法.根据探测器阵列组合与空间视野范围的对应关系建立参量方程,参量为检测到动目标时探测器阵列的组合方式;模拟探测器阵列与运动目标,验证定位算法的快速估计能力;最后通过阈值比较获得检测到目标的探测器组合方式,求解参量方程实现目标定位.对定位计算结果与实际模拟距离进行比较,结果表明该算法能够实现不同大小目标在不同运动轨迹下的位置估计.     

便携式人体皮肤摩擦性能测试仪的研制

随着对人体皮肤摩擦学特性研究的展开,目前还没有适用的设备对脸颊?额头等不规则形状部位进行测试,本文研制了一种便携式的摩擦性能测试仪,并在不损害皮肤情况下进行人体皮肤摩擦性能测试,结果表明:该测试仪使用方便?性能可靠.在0.2 2N 的接触正压力和10 60nml/S 的滑行速度范围内,皮肤摩擦系数与施加的接触正压力及滑行速度无关.自然状态下,手背?手掌?前臂屈侧?前臂伸侧?前额部位皮肤摩擦系数在性别间的差距较小,但脸颊部位皮肤摩擦系数女性却远大于男性.护肤品处理后,各测试部位皮肤摩擦系数在性别间的差距都有所缩小.     

粗糙度对4种聚氨酯弹性体粘着性能的影响

采用生物摩擦磨损试验台测定了4种聚氨酯的弹性模量，研究了表面粗糙度和法向力对粘着力的影响．结果表明：4种聚氨酯的弹性模量在55～1206kPa之间，粘着力由高到低的排序同其弹性模量排序相反，弹性模量较低的试样的饱和粘着力达到15kPa，且表面粗糙度对粘着力的影响不明显；弹性模量较大的试样的粘着力仅为1．5kPa，随弹性模量增加，表面粗糙度的影响增大；试样之间的接触形式同粘着力密切关系，相当于单个凸峰接触的蓝宝石球对聚氨酯试样的粘着力不受法向力的影响，而在平面接触情况下粘着力先随法向力增加而增大，当法向力超过一定(10～15kPa)值后，粘着力增加趋缓并达到饱和值．     

聚氨酯丝与PET丝摩擦磨损性能的试验研究

在自制多功能粘着摩擦磨损性能试验台上进行仿壁虎刚毛用聚氨酯和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)2种丝材的摩擦性能对比试验,在不同正压力下悬臂梁带动上试样丝以45°夹角相对下试样丝滑动,安装在悬臂梁上的二维传感器同时将正压力和摩擦力电信号输送计算机进行处理,计算得到摩擦系数平均值.结果表明:当法向压力处于0.5～2.0 mN范围内时,聚氨酯丝的平均摩擦系数为4.22;当法向压力在0.2～1.0 mN范围内时,PET丝的平均摩擦系数为0.29,前者为后者的14倍.高表面能引起的粘着为聚氨酯摩擦系数较高的主要原因.试验结果为仿壁虎机器人脚掌刚毛材料的选择与制备提供了依据.     

稀土对等离子喷涂镍—碳化钛陶瓷涂层摩擦学性能的影响

用销盘摩擦磨损试验机模拟齿面的相对滑动,经测定摩擦系数和上下试样的磨损体积损失、涂层的金相分析,磨痕形貌及成分的扫描微镜观察及分析,研究硅铁稀土混合物对高能等离子喷涂金属陶瓷涂层摩擦学特性的影响,试验结果表明：添加稀土使涂层致密性提高,摩擦系数有所降低,上下试样的磨损体积损失分别减小３３％和７４％,摩擦副表面温升降低,表明添加稀土有且于在涂层表面形成连续的氧化膜,从而防止胶合并提高耐磨性。     

仿复眼视觉测距传感器视轴的快速标定法

基于生物复眼的视觉结构特性及视神经处理机制,搭建了环形31通道的仿复眼视觉快速测距传感器,建立了基于侧抑制神经网络的仿生多通道视觉快速测距模型,并提出了基于高斯分布离散信息的多通道传感器多视轴快速标定法,实现环形传感器视轴标定.实验结果表明:传感器视轴标定后,传感器阵列中间视角区左眼相对准确度提高20.46%,右眼相对准确度提高9.00%;采用夹角6°的传感器阵列,在左右眼中间评测区内80%以上区域内测得目标所在角度误差小于±0.60°;实现了仿复眼视觉测距传感器对运动目标(速度50mm/s)定位误差在-3～10mm间的实时测距.     

面扫描激光淬火对钛合金微动磨损性能的影响

用ＳＲＶ摩擦磨损试验机研究了面扫描激光淬火钛合金在线接触条件下微动磨损性能,并用ＳＥＭ,ＥＤＡＸ及Ｘ射线衍射等分析了共机理,结果表明,激光淬火处理后钛合金的耐磨性提高１２３倍,摩擦系数降至原来的１／３～１／５,微观硬度提高２．８倍,抗蚀能力得到的改善,同时激光淬火处理后钛合金表面晶粒细化为球状微晶结构,由表面向内层形成多层梯度结构,分别为３μｍ陶瓷化层,５～６μｍ无序结构层,由α＋β相组成的１．５     

TC11钛合金在人造海水中的腐蚀磨损特性研究

采用球-面接触方式,在振幅为5 mm条件下研究了TC11钛合金在人造海水和纯净水中的往复滑动腐蚀磨损行为,采用扫描电子显微镜观察磨屑和磨痕表面形貌,用能谱仪测试微区元素分布,用非接触式表面形貌仪测定磨痕的三维表面形貌及其磨损体积损失,研究了载荷、滑动频率以及介质对TC11钛合金摩擦系数和磨损量的影响,并用动电位扫描法分析TC11在腐蚀磨损前后的电化学行为.结果表明:在2种介质中TC11钛合金的摩擦系数均随着载荷和滑动频率的增加而呈下降趋势,但随载荷变化的趋势更为缓慢;TC11钛合金在海水中形成的润滑膜可以明显降低摩擦系数,但其磨损量比水介质中高,说明腐蚀加速了磨损;磨损后的钝化膜更易被破坏,TC11钛合金在水中的磨损机制为磨粒磨损,而在海水中则为疲劳脱落并伴有磨粒磨损.     

Evolution of surfaces and mechanisms of contact electrification between metals and polymers

Contact electrification (CE) is a pretty common phenomenon, but still is poorly understood. The long-standing controversy over the mechanisms of CE related to polymers is particularly intense due to their complexity. In this paper, the CE between metals and polymers is systematically studied, which shows the evolution of surfaces is accompanied by variations of CE outputs. The variations of CE charge quantity are closely related to the creep and deformation of the polymer and metal surfaces. Then the relationship between CE and polymer structures is put forward, which is essentially determined by the electronegativity of elements and the functional groups in the polymers. The effects of load and contact frequency on the CE process and outputs are also investigated, indicating the increase of CE charge quantity with load and frequency. Material transfer from polymer to metal is observed during CE while electrons transfer from metal to polymer, both of which are believed to have an influence on each other. The findings advance our understanding of the mechanism of CE between metal and polymers, and provides insights into the performance of CE-based application in various conditions, which sheds light on the design and optimization of CE-based energy harvest and self-powered sensing devices.