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武漢大學(xué)薛龍建教授課題組（NISE-Lab）仿樹蛙腳黏附結(jié)構(gòu)取得重要進(jìn)展，研究成果于近期發(fā)表于《ACS Nano》，題為“Hybrid Surface Patterns Mimicking the Design of the Adhesive Toe Pad of Tree Frog”。

樹蛙等動物在潮濕的環(huán)境下生活，可以在植物葉面上以及葉面之間跳躍、爬行。在這個(gè)過程中樹蛙主要依賴的是它腳趾的黏附與摩擦力。樹蛙腳的黏附與摩擦力主要由其腳趾上的微觀結(jié)構(gòu)以及粘液決定。前期研究發(fā)現(xiàn)樹蛙等蛙類腳趾上的微觀結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為五邊形和六邊形，且多邊形之間存在幾微米寬的溝道。這些溝道能將接觸界面處的液體排到接觸界面之外，從而實(shí)現(xiàn)固體和固體之間的直接接觸，獲得較高的黏附或摩擦力。（Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 1499–1505）

最新研究發(fā)現(xiàn)某些樹蛙腳上的多邊形結(jié)構(gòu)其實(shí)是由角蛋白納米纖維束組成。受此啟發(fā)，NISE-Lab制備了一種微納復(fù)合六邊形柱狀陣列（如圖1所示）。這種結(jié)構(gòu)由模量較高的聚苯乙烯（PS，E~3GPa，直徑330納米）納米棒以及柔軟的硅橡膠聚二甲基硅氧烷（PDMS，E~2MPa）組成；PS納米棒垂直分布在PDMS的正六邊形柱狀陣列中。當(dāng)PS和PDMS之間有化學(xué)鍵相互連接時(shí)，應(yīng)力可以在兩種材料之間有效傳遞。當(dāng)復(fù)合柱狀陣列從接觸表面脫離時(shí)，PS納米棒的存在使得最大應(yīng)力的位置從微米柱的邊緣向中心移動，且應(yīng)力最小值分布在微米柱的邊緣。這樣的應(yīng)力分布有效地抑制了接觸界面的分離從微米柱的邊緣開始，提高了結(jié)構(gòu)的黏附力。而增強(qiáng)的黏附力和相對較高的結(jié)構(gòu)剛度則增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的摩擦力。在仿生柱狀黏附結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了黏附力與摩擦力的同步增強(qiáng)。

圖1. (a) 樹蛙及其（b）腳趾的表面結(jié)構(gòu)；（c）仿樹蛙腳復(fù)合材料及其（d）結(jié)構(gòu)示意圖。

這一研究工作的發(fā)表引起了廣泛的關(guān)注，被選為ACS Editors’ Choice進(jìn)行亮點(diǎn)報(bào)道，同時(shí)在美國化學(xué)學(xué)會網(wǎng)站頭條新聞?wù)故荆▓D2）。

圖2. 美國化學(xué)會官方網(wǎng)站截屏。 

該項(xiàng)研究課題得到國家自然科學(xué)基金的資助（51503156, 51611530546），是中國、德國、美國、西班牙相關(guān)課題組的合作研究成果。

ACS Nano原文鏈接：http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b04994。

薛龍建，中組部千人計(jì)劃專家，武漢大學(xué)動力與機(jī)械學(xué)院教授，工業(yè)研究院教授。中科院取得博士學(xué)位后，作為洪堡學(xué)者、馬普學(xué)者在德國長期從事科研工作。研究領(lǐng)域包括仿生功能材料、聚合物薄膜穩(wěn)定性、聚合物薄膜圖案化、微納結(jié)構(gòu)加工等。到目前為止, 已經(jīng)發(fā)表包括《自然?通訊》在內(nèi)的高水平SCI科研論文40余篇，獲批中國專利3項(xiàng)，申請歐盟、美國專利各一項(xiàng)，中國專利多項(xiàng)。多次受邀為國內(nèi)外專業(yè)書籍撰寫相關(guān)章節(jié)，編輯相關(guān)書籍。擔(dān)任十余種國際學(xué)術(shù)期刊審稿專家。

NISE-Lab歡迎具有物理、化學(xué)、材料、生物背景的學(xué)生加入，課題組常年招收博士后。課題組與德國具有廣泛的合作，課題組成員有很多機(jī)會到德國、歐盟交流學(xué)習(xí)。有意者請將簡歷發(fā)送至：xuelongjian@whu.edu.cn