壁虎仿生材料PPT课件
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壁虎仿生材料 ppt课件
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2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
02
自组织微纳米 孔膜铸造法
为得到类壁虎的分层绒毛 阵列，可将具有纳米孔和微米 孔的膜结合在一起作为模板。[3]
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2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
03
基于微纳米绒 毛生长的定向
自装配法
虎的绒毛结构，并测量其与AFM探针间的粘附力，发现47％~63％ 的粘附力都是由范德华力提供的。在这几种主要证据的支持下，范
德华力被普遍认为是壁虎实现粘附的主要机理。[1]
本模板的所有素材和逻辑 图表，均可自由编辑替换 和移动。
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1.1壁虎的吸附机制
Kellar Autumn等人利用MEMS技术制造的高精度二维压阻悬臂梁测量了壁虎单根刚毛的粘附
Gaurav J Shah等人将 壁虎的层状阵列简化为 图所示的模型，其中 L为nm级绒毛的长度； a为绒毛半径； w为绒毛间距； θ为绒毛倾角。
纳米级绒毛建模为有倾 角的圆柱状悬臂梁，顶 端是个半球体，如图所 示，这样更符合人工制 造绒毛的实际形状。[2]
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2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
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7
1.2壁虎的脱离机制
Kellar Autumn等人发 现，当刚毛与基底成30ﾟ 角时会突然发生脱离， 说明可能存在脱离的临 界角。整个脱离过程就 像是在剥离条带，这可 能是随着角度的增加， 刚毛边缘的应力增加， 导致绒毛与基底间的连 接出现裂纹，裂纹逐渐 增大造成脱离。[1]
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何表面或者某指定区域内进
行，但是它只能生产几种特
仿生材料PPT教案
珍珠层中文石晶体与 有机基质叠层示意图
第7页/共50页
珍珠具有类似于贝壳珍珠层的叠片累积结 构。
这种微观结构模式与贝壳珍珠层的差别仅 在于，在贝壳的珍珠层是沿贝壳的表面铺 排构成层的，而珍珠中的珍珠层包围核心 铺排成层。贝壳珍珠层之所以得名，是因 为它也具有珍珠光泽。
第8页/共50页
贝壳是的强、韧的最佳配合 ,它又被称为摔不坏的陶瓷 贝。壳和珍珠在断裂前能经受较 大的塑性变形，具有优异的高 韧性。其主要原因是由于裂纹 偏转、纤维（晶片）拔出以及 有机基质桥接等各种韧化机制 协同作用的结果。而这些韧化 机制又与珍珠层的特殊组成、 结构密切相关。
层状骨结构示意图 （a）矿物相排列；（b）胶原纤维排列方向
第15页/共50页
（一）仿骨哑铃型晶须研制 动物的长骨，其构造特点为中部细长，
骨质致密；两端粗大，骨质疏松。 凡是骨骼中应力大的区域也正好是强度
高的区域。 长骨两端粗大，一方面在受压时减缓压
应力的冲击，另一方面在与肌肉组织的协 调配合上，粗大的端部有利于应力传递， 更有效地发挥骨质致密的中段骨头的承力 作用。这种骨头与肌肉的有效配合，使得 肢体的比强度和持重比提高。
第37页共50页五仿生壁虎胶带五仿生壁虎胶带壁虎胶带第38页共50页电镜显示电镜显示壁虎脚上有密集的刚毛壁虎脚上有密集的刚毛1mm1mm22上约有上约有50005000根长度为根长度为3030130130m的刚毛的刚毛每只脚上就有近每只脚上就有近5050万万根刚毛根刚毛并且每根刚毛并且每根刚毛又有又有40040010001000根直径为根直径为02020505mm的的细细分叉分叉因此壁虎与附着物体有极大数目的因此壁虎与附着物体有极大数目的接触点接触点总的范德华力相当大总的范德华力相当大足以支持壁足以支持壁虎的全身重量
仿生智能材料 ppt课件
类水稻叶表面碳纳米管薄膜
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7
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
•2.1.2昆虫翅膀表面的自清洁性
蝴蝶翅膀由微米尺寸的鳞片交叠
覆盖，每一个鳞片上分布有排列
整齐的纳米条带结构，每条带由
倾斜的周期性片层堆pp积t课件而成。
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2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
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2.1 自然界的几种生物体的表
面性能及其仿生纳米界面材料
润湿：一种流体从固体表面置换另一种流体的过 程，最常见的是固体的气固界面被液固界面所取 代的过程。
气液
液
固
固
(1)沾湿
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固 气液
固液
(2)浸渍润湿
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2.1 自然界的几种生物体的表
面性能及其仿生纳米界面材料
液
液
气
固
固
(3)铺展or完全润湿
身体的重量，它在水
面上每秒钟可滑行
100倍于身体长度的
距离。
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水黾稳定的水上运动特性是
源于特殊的微/纳米结构和
油脂的协同效应
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2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
2.1.3在水面行走的昆虫—水黾
水黾的腿部有数 千根按同一方向 排列的多层微米 尺寸的刚毛（直 径3um），刚毛 表面形成螺旋状 的纳米沟槽结构。
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Cassie model
cosc f1 cos1 f2 cos2
30
cosc f1 cos1 f2
2.1 自然界的几种生物体的表
面性能及其仿生纳米界面材料
壁虎仿生粘附材料 ppt课件
纳米级绒毛建模为有倾 角的圆柱状悬臂梁，顶 端是个半球体，如图所 示，这样更符合人工制 造绒毛的实际形状。[2]
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
2003年Metin Sitti在实验的基础上提出了三种制造方法[3]
01
纳米雕刻法
02
自组织微纳米 孔膜铸造法
03
基于微纳米绒毛 生长的定向自装
配法
前两种方法要首先生产主模板，上面有微纳米级尺度的大深宽比的孔阵 列，作为生产绒毛阵列的负版，然后用聚合物来灌注成型、烘培，通过 剥离或刻蚀与主模板分离。
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
01
纳米雕刻法
用一种纳米尖端，如原子力 显微镜或者隧道扫描显微镜 的针尖，纳米尖端阵列或者 任何具有大深宽比的微纳米 结构阵列，将其在柔软的蜡 平面上压槽，即得到主模板。 这种方法在制造具有不同倾 角和非对称的纳米阵列时具 有很强的灵活性，可以在任 何表面或者某指定区域内进 行，但是它只能生产几种特 定高宽比率的绒毛阵列，可 得到的阵列面积小，生产速 度也较慢。[3]
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
02
自组织微纳米 孔膜铸造法
为得到类壁虎的分层绒毛 阵列，可将具有纳米孔和微米 孔的膜结合在一起作为模板。[3]
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
03
基于微纳米绒 毛生长的定向
自装配法
在金属极板上喷涂一薄层液 态聚合物膜，在相距很近的另一 极板上加上直流电场，微纳米绒 毛就开始生长直到碰到上层极板 ，精确控制时间就能得到理想的 结果。[3]
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
2003年Metin Sitti在实验的基础上提出了三种制造方法[3]
01
纳米雕刻法
02
自组织微纳米 孔膜铸造法
03
基于微纳米绒毛 生长的定向自装
配法
前两种方法要首先生产主模板，上面有微纳米级尺度的大深宽比的孔阵 列，作为生产绒毛阵列的负版，然后用聚合物来灌注成型、烘培，通过 剥离或刻蚀与主模板分离。
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
01
纳米雕刻法
用一种纳米尖端，如原子力 显微镜或者隧道扫描显微镜 的针尖，纳米尖端阵列或者 任何具有大深宽比的微纳米 结构阵列，将其在柔软的蜡 平面上压槽，即得到主模板。 这种方法在制造具有不同倾 角和非对称的纳米阵列时具 有很强的灵活性，可以在任 何表面或者某指定区域内进 行，但是它只能生产几种特 定高宽比率的绒毛阵列，可 得到的阵列面积小，生产速 度也较慢。[3]
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
02
自组织微纳米 孔膜铸造法
为得到类壁虎的分层绒毛 阵列，可将具有纳米孔和微米 孔的膜结合在一起作为模板。[3]
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
03
基于微纳米绒 毛生长的定向
自装配法
在金属极板上喷涂一薄层液 态聚合物膜，在相距很近的另一 极板上加上直流电场，微纳米绒 毛就开始生长直到碰到上层极板 ，精确控制时间就能得到理想的 结果。[3]
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
仿生壁虎
机械训练—仿生壁虎2013/4/12仿生壁虎随着科技的发展，日异月新。
如今机器人逐渐代替手工进入了人们的生活。
机器人还可以代替人类从事乏味、劳累和危险的工作, 甚至完成人类不能胜任的工作。
今天我们的课题就是通过观察壁虎的习性，制作一个仿生壁虎机器人，利用它的特点形态小，可以穿梭于复杂地形等特点。
可以被人们用来从事一些人类难以到达的地方进行工作。
比如进行地震后救灾探索，复杂古墓的侦查等工作。
目前仿生壁虎机器人技术的研究主要分为细分技术研究与移动技术的研究，吸附技术研究主要是仿生生物的灵巧移动方式。
传统爬壁机器人的吸附结构主要采用磁力吸附、人的吸附结构主要是采用磁力吸附、真空吸附、静电吸附和化学粘附四种方式。
大多数爬壁机器人的足部都是通过使用吸盘、磁体或者粘性物质设计而成的。
这四种方式都存在各自的缺陷：磁力吸附要求壁面必须是磁体材料；真空吸附在壁面凹凸不平和多孔状况下吸附能力下降很快而且不能应用于真空环境；静电吸附要求被接触表面具有导电特性，由于静电力十分小，往往不能提供足够的粘附力；化学粘附时年较容易挥发、固化，使得粘胶迅速被消化而影响粘附。
所有这些方式都无法适用于于布满灰尘且崎岖不平的表面。
传统爬壁机器人功能主要是吸盘式、车轮式和履带式。
吸盘式能跨越很小的障碍，但移动速度比较慢；车轮式移动速度快、控制灵活，但维持一定的吸附能力比较困难；履带式对壁面的适应性强，着地面积大，但不容易转弯。
而这三种方式的跨越障碍能力都很弱。
传统爬壁机器人的驱动方式主要有汽缸驱动和电动机驱动两种方式。
汽缸和电机不仅质量大，增加机器人本身的重量，而且效率低，能耗非常大。
由于传统爬壁机器人在运动稳定性、灵活性、可靠性、简约的控制系统方面还存在着难于在短期内突破的技术瓶颈，因此对生物运动规律和生物及其人得研究近年来受到更多的重视。
我们此次研究将站在巨人的肩膀人，进行宏观的思考，对仿生壁虎的整体，原理、传动机构进行设计与创新。
仿生壁虎
1.Autumn K, Metin S, Liang Y A, et al. Evidence for van der waals adhesion in gecko setae. Proc Natl Acad Sci USA, 2002, 99: 12252—12256 2. W. R. Hansen*† and K. Autumn‡§. Evidence for self-cleaning in gecko setae
Dayton大学的Qu等人利用化学气相沉积法，创新 之处在于: 在黏附阵列顶部采用弯曲的碳纳米管代 替直立的碳纳米管；20 N的法向预载力下, 4 mm×4 mm的黏附阵列片可产生14.8 N的切向黏附 力, 切向黏附强度高达92.5 N/cm2
California大学Lee等人用聚丙烯 (polypropyl-ene)制造出微 米级黏附阵列，每根刚毛弹性模量为1 GPa, 直径0.6 m, 阵列基底厚度25 m. 在零预负载下, 2 cm×2 cm的阵列 片切向能够承受400 g的重物, 且法向脱附便利, 具有较好 的重复使用性.
1、张昊，郭东杰，戴振东*,仿壁虎微纳米刚毛阵列的研究进展,科学通报第55 卷第 6 期：409 ~ 417 2、 W. R. Hansen*† and K. Autumn‡§. Evidence for self-cleaning in gecko setae
黏附系统的自清洁性
1. W. R. Hansen*† and K. Autumn‡§. Evidence for self-cleaning in gecko setae
壁虎刚毛黏附机理及仿生制造进展
姓名：xxx 学号：xxxxxx
壁虎刚毛黏附机理及仿生制造进展
a.黏附系统的分级结构
Dayton大学的Qu等人利用化学气相沉积法，创新 之处在于: 在黏附阵列顶部采用弯曲的碳纳米管代 替直立的碳纳米管；20 N的法向预载力下, 4 mm×4 mm的黏附阵列片可产生14.8 N的切向黏附 力, 切向黏附强度高达92.5 N/cm2
California大学Lee等人用聚丙烯 (polypropyl-ene)制造出微 米级黏附阵列，每根刚毛弹性模量为1 GPa, 直径0.6 m, 阵列基底厚度25 m. 在零预负载下, 2 cm×2 cm的阵列 片切向能够承受400 g的重物, 且法向脱附便利, 具有较好 的重复使用性.
1、张昊，郭东杰，戴振东*,仿壁虎微纳米刚毛阵列的研究进展,科学通报第55 卷第 6 期：409 ~ 417 2、 W. R. Hansen*† and K. Autumn‡§. Evidence for self-cleaning in gecko setae
黏附系统的自清洁性
1. W. R. Hansen*† and K. Autumn‡§. Evidence for self-cleaning in gecko setae
壁虎刚毛黏附机理及仿生制造进展
姓名：xxx 学号：xxxxxx
壁虎刚毛黏附机理及仿生制造进展
a.黏附系统的分级结构
《小学科学仿生》课件
为什么要学习仿生学？
学习仿生学可以帮助我们开拓思维，提高创造力和解决问题的能力。通过借 鉴自然界的智慧，我们可以创造出更具创新性和可持续性的设计。
仿生学的应用场景
建筑仿生
借鉴树状结构和蜗牛壳的原理，设计更稳定和节能的建筑结构。
机器人仿生
通过模仿鱼类的游泳模式和昆虫的飞行模式，设计能够更灵活和高效的机器人。
能源仿生
利用绿叶光合作用和鱼类游泳产生动力的原理，研究更可持续和高效的能源解决方案。
仿生学的实验
1 蝴蝶展翅模型
通过制作蝴蝶展翅模型，了解蝴蝶翅膀结构的原理和飞行机制。
2 鸟翼模型制作
制作鸟翼模型，研究鸟类飞行的原理，探索更高效的飞行技术。
3 蜗牛壳的研究
通过研究蜗牛壳的结构和材料特性，发现它们在保护身体和保持湿润方面的奥秘。
3 如何发展自己的创造力和仿生设计能力？
通过学习和实践，积极观察和思考自然界的现象和规律，不断提升自己的创造力和仿生 设计能力。
参考资料
• 书籍推荐：《生物启发的设计》、《仿生学：生物进化与人工创新》 • 网站推荐：仿生学研究中心官网、自然界仿生学研究合集 • 相关科普视频推荐：探索自然界中的仿生奇迹、仿生设计中的科学原理
《小学科学仿生》PPT课 件
# 小学科学仿生PPT课件
在这个课件中，我们将介绍仿生学的概念及其应用。通过了解仿生学，我们 可以从自然界中获得更多启示，创造出更优秀的设计。
什么是仿生学？
仿生学是一门研究生物结构、功能、行为以及生物性能如何应用于工程和设 计的学科。通过模仿自然界的方式，我们可以创造出更高效、更环保的解决 方案。
仿生设计实践
• 设计并制作仿生飞行器和仿生机器人，探索更优秀的性能和功能。 • 观察和评估仿生材料的材料性能，探索其在不同领域的应用。
20小壁虎借尾巴 课件(共24张PPT).ppt
给画线字选择正确的读音，然后打对勾。
捉虫 （zh√uō zuō）
房子 （fáng fán） √
您好 （ní n√ín） 爬行 （p√á bá）
比一比，选一选。
拨拔 （ 拨 ）开 （ 拔 ）河
用甩 （ 甩 ）掉 （ 用 ）力
尾巴的用处 鱼儿的尾巴像船舵，掌握方向好游泳。 燕子的尾巴像剪刀，把握方向保平衡。 猴子的尾巴像钩子，钩在树上荡秋千。 孔雀的尾巴像扇子，五彩缤纷真漂亮。 松鼠的尾巴像把伞，天气炎热好乘凉。
小壁虎借不到尾巴，心里很难过。他爬 呀爬，爬回家里找妈妈。小壁虎把借尾巴的 事告诉了妈妈。妈妈笑着说：“傻孩子，你 转过身子看看。”小壁虎转身一看，高兴地 叫起来：“我长出了一条新尾巴啦！”
小壁虎的尾巴断了，它想去 借一条尾巴。 它先爬到(小河边)，向(小鱼 ) 借尾巴。
再爬到(大树上)，向( 老黄牛 ) 借尾巴。
小壁虎爬到（ 房檐下），向（ 燕子）
借尾巴，燕子要用尾巴（ 掌握方向 ）。
仔细看看小壁虎借尾巴的过程，你发现了什么？
小 鱼的尾巴______拨_水________
老 牛的尾巴_____赶_蝇__子_______ 燕 子的尾巴____掌__握__方_向______
故事新编
编故事：小壁虎长出了一条新尾巴，他高兴极了，他会 把这个好消息告诉谁呢？他的朋友们又会说些什么呢？请同 学们来讲给家长听，并把编的故事写下来。
最后爬到( 屋檐下)，向( 燕子 ) 借尾巴。
课文主旨 课文通过写小壁虎借尾巴的故事告诉我们不同动物尾巴的特点和作用
，揭示了“动物尾巴都有用”的道理。
朗读指导：分角色朗读时，可以结合课文情境，读出各个角色的特 点：如读小壁虎的话时，要读出他的天真活泼，读老牛的话时，声音要 比小鱼、小壁虎等的声音低沉一些。
20小壁虎借尾巴 课件(共32张PPT).ppt
孔雀
孔雀的尾巴在遇 到危险的时候，它会 打开尾屏，暂时吓退 或迷惑敌人，保护自 己。
兔子的短尾可以在紧急情 况下帮助兔子逃命。当兔子被 猛兽咬住时，兔子立刻使用 “脱皮计”，将尾巴的“皮套” 脱下，从而赢得逃命的时间。
啄木鸟的尾巴坚硬有 力，能支撑着啄木鸟停在 树干上啄虫取食，还能帮 助啄木鸟攀登树干时保持 身体平衡。同时，在啄木 鸟飞行时它也可以起到一 般鸟尾巴的作用。
读好不同角色的语气
小鱼说：“不行啊，我要用尾巴拨水呢。” 老牛说：“不行啊，我要用尾巴赶蝇子呢。” 燕子说：“不行啊，我要用尾巴掌握方向呢。”
红色词重读，以表达他们不借尾巴的理 由和各自尾巴的作用。
小壁虎没有借到尾巴，怎么办呢？
小壁虎借不到尾巴，心里很难过。他爬呀 爬，爬回家里找妈妈。
“我长出了 一条新尾巴啦！”
1.小壁虎因为什么而难过？ 因为借不到尾巴而难过。
2.小壁虎为什么不需要借尾巴呢？ 因为小壁虎自己能长出新尾巴。
尾巴的用处 鱼儿的尾巴像船舵，掌握方向好游泳。 燕子的尾巴像剪刀，把握方向保平衡。 猴子的尾巴像钩子，钩在树上荡秋千。 孔雀的尾巴像扇子，五彩缤纷真漂亮。 松鼠的尾巴像把伞，天气炎热好乘凉。
朗读时，读得亲 切、温柔。
“傻孩子，你 转过身子看看。”
从中我们明白了壁虎的尾巴有再生功能。
我所知道的形形色色的动物尾巴
• 老虎的尾巴 ： 号称“百兽之王”的老虎，除了有尖牙利齿之外， 身后那条又粗又长的尾巴，是它另一个有力武器。 当 老虎攻击猎物扑 空时，会抡动尾 巴，像钢鞭似的 扫向对方，把猎 物击倒。
小壁虎爬呀爬，爬到房檐下。他看见燕 子摆着尾巴， 在空中飞来飞去。小壁虎 说：“燕子阿姨，您把尾巴 借给我行吗？”燕子说：“不行啊，我要用 尾巴掌握方向呢。”
《小壁虎借尾巴》PPT优秀课件
小壁虎没有借到尾巴，怎么办呢？
小壁虎借不到尾巴，心里很难过。他爬呀 爬，爬回家里找妈妈。
“爬呀爬”在文中出现了几次？说明了什么？
➢ 小壁虎爬呀爬，爬到小河边。 ➢ 小壁虎爬呀爬，爬到大树上。 ➢ 小壁虎爬呀爬，爬到小河边。 ➢ 他爬呀爬，爬回家里找妈妈。
“爬呀爬”在文中出 现了四次。说明了小壁虎 爬的路程很远，用了很长 时间。
小壁虎说：“牛 伯伯，您把尾巴借给我行 吗？” 老牛说：“不行啊， 我要用尾巴赶蝇子呢。”
小壁虎说：“燕子阿姨，您把尾 巴借给我行吗？” 燕子说：“不行啊，我 要用尾巴掌握方向呢。”
仔细看看小壁虎借尾巴的过程，你发现了什么？ 小鱼的尾巴_______拨___水_____
老牛的尾巴______赶__蝇___子____ 燕子的尾巴_____掌__握___方__向___
小鱼：不能借 拨水
尾
巴
老牛：不能借 赶蚊子
用
处
燕子：不能借 掌握方向
大
长出新尾巴
1.熟读课文，练习本课生字词。
2.小壁虎还会向谁去借尾巴呢？模仿文中的说法结 合查找的资料，再续说一两个自然段。
加你 油是 ！最
棒 的 ！
妈妈笑着说：“傻孩子，你转过身子看看。” 小壁虎转身一看，高兴得叫了起来：“我长出一条 新尾巴啦！”
小壁虎的尾巴断了，为什么可以长出新的尾巴？
说明壁虎的尾巴有再生功能。
课文通过写小壁虎借尾巴的故事告诉我们 不同动物尾巴的特点和作用，揭示了“动物 尾巴都有用”的道理。
挣断尾巴
借 小壁虎 尾 借尾巴 巴
第八单元
21 小壁虎借尾巴
-.
小壁虎有尾巴，为 什么要借尾巴呢？让 我们一起去看看吧！
壁虎 爬行动物，身体扁平，四肢短， 趾上有吸盘，客服在墙上爬行， 有长长的尾巴，吃蚊子、苍蝇、 飞蛾等小虫子，对人类有益。
17小壁虎课件
猜一猜
叫虎不是虎，生来有四足。
爱在墙角wén shé
壁 虎 借 蚊 蛇
táo nán
逃 难
jiě xīn
姐 新
壁 虎
借 蛇 蚊
逃 难 姐 新
小壁虎的尾巴易断，断后还能 再长出新尾巴。这种能力叫 “再生”能力，再生能力能帮 助小壁虎逃避敌害,有效地保护 自己。
我所知道的形形色色的动物尾巴
老虎的尾巴
： 老虎攻击猎物扑 空时，会抡动尾 巴，像钢鞭似的 扫向对方，把猎 物击倒。
我所知道的形形色色的动物尾巴
狐狸的尾巴
狐狸用尾巴擦 掉雪地上的 踪迹，引开 猎人的追捕。
我所知道的形形色色的动物尾巴
啄木鸟的尾巴
我的尾巴象 铆钉， 钉在树上好啄虫
我想说
你们的尾巴真正行， 可惜我们没一根， 倘若我也有尾巴， 嘻嘻！你说多带劲！
大伙一听哈哈笑， 你真是个小机灵： 人的手脑最灵巧， 比它们的尾巴更有用！
小壁虎爬呀爬，爬到-----------。
他看见-------在--------------。 小壁虎说：“-------------------？” ------说：“不行啊，我要用尾 巴-----------------呢。”
你还知道哪些动物的 尾巴有什么用处？
我所知道的形形色色的动物尾巴 袋鼠的尾巴
袋鼠的尾 巴用处很大， 运动时能使身 体保持平衡， 休息时，大尾 巴支在地上， 与两条后腿组 成一个三角支 架，稳稳地支 撑住身体。
我所知道的形形色色的动物尾巴
松鼠的尾巴 松鼠大尾巴上的毛会蓬散松开，好像一顶 降落伞，使下落速度大大减慢，保护它不容 易受伤。寒冷的冬天， 松鼠夜晚在树洞里睡觉。 蜷起身于缩在大尾巴内 这样，大尾巴又成了 御寒保暖的“被子”。
叫虎不是虎，生来有四足。
爱在墙角wén shé
壁 虎 借 蚊 蛇
táo nán
逃 难
jiě xīn
姐 新
壁 虎
借 蛇 蚊
逃 难 姐 新
小壁虎的尾巴易断，断后还能 再长出新尾巴。这种能力叫 “再生”能力，再生能力能帮 助小壁虎逃避敌害,有效地保护 自己。
我所知道的形形色色的动物尾巴
老虎的尾巴
： 老虎攻击猎物扑 空时，会抡动尾 巴，像钢鞭似的 扫向对方，把猎 物击倒。
我所知道的形形色色的动物尾巴
狐狸的尾巴
狐狸用尾巴擦 掉雪地上的 踪迹，引开 猎人的追捕。
我所知道的形形色色的动物尾巴
啄木鸟的尾巴
我的尾巴象 铆钉， 钉在树上好啄虫
我想说
你们的尾巴真正行， 可惜我们没一根， 倘若我也有尾巴， 嘻嘻！你说多带劲！
大伙一听哈哈笑， 你真是个小机灵： 人的手脑最灵巧， 比它们的尾巴更有用！
小壁虎爬呀爬，爬到-----------。
他看见-------在--------------。 小壁虎说：“-------------------？” ------说：“不行啊，我要用尾 巴-----------------呢。”
你还知道哪些动物的 尾巴有什么用处？
我所知道的形形色色的动物尾巴 袋鼠的尾巴
袋鼠的尾 巴用处很大， 运动时能使身 体保持平衡， 休息时，大尾 巴支在地上， 与两条后腿组 成一个三角支 架，稳稳地支 撑住身体。
我所知道的形形色色的动物尾巴
松鼠的尾巴 松鼠大尾巴上的毛会蓬散松开，好像一顶 降落伞，使下落速度大大减慢，保护它不容 易受伤。寒冷的冬天， 松鼠夜晚在树洞里睡觉。 蜷起身于缩在大尾巴内 这样，大尾巴又成了 御寒保暖的“被子”。
仿生材料ppt课件
1997 年德国植物学家Barthlott 发现荷叶表面的自清洁效 应和超疏水现象。 所谓超疏水表面一般是指与水滴的接触角大于 150°且 滚动角小于10°的表面, 这种表面在工农业生产及日常 生活中有着广泛的应用, 例如, 集水功能、微流体装置、 抗结冰等. 研究发现, 这些超疏水性生物表面的微纳米结构对其超 疏水性起着至关重要的作用。 超疏水材料一般可以通过两种方法来制备: 一种是在粗 糙表面修饰低表面能物质;另一种是在疏水材料(一般其 接触角大于90°)表面构筑粗糙结构. 目前, 已经报道了许多比较成熟的制备技术, 如电化学 沉积法、等离子体和激光刻蚀法、交替沉积法、电纺丝 法、模板法、溶胶-凝胶法等.
荷叶粗糙表面上有微米结构的乳突，平均直径为5-9um， 单个乳突又是由平均直径约为124.3nm的纳米结构分支组 成，乳突虎脚掌
水黾腿
蝴蝶翅膀
蚊子复眼
沙漠甲壳虫背部
2.2超疏油仿生界面材料
荷叶上表面的微纳复合结构与表面植 物蜡的协同作用赋予了荷叶“出淤泥而不 染”的超疏水自清洁特性，这一点已经广 为人知。但是荷叶下表面的性质却被人忽 视。 Cheng等对荷叶的上表面和下表面的浸润 性进行了深入的研究。如左图（a）所示， 水滴在荷叶的上表面呈圆形;在水中，油 滴(染色的正己烷)也以球形停留在在荷叶 的下表面，表明荷叶的上下表面分别具有 超疏水和超疏油的特性。通过环境扫描电 镜(ESEM)和原子力显微镜(AFM)对荷叶下 表面进行形貌表征，发现下表面由无数个 扁形乳突组成，每个乳突的长度为30～ 50μ m，宽为10～30μ m，高为4μ m，且上 面覆盖着长度为200～500nm的纳米突起。 另外，荷叶的下表面覆盖着一层亲水的类 水凝胶化合物，正是荷叶下表面的这种特 殊微纳结构和化学组成造就了天然的稳定 水下超疏油表面。这一发现也从侧面反映 了荷叶下表面是抗生物粘附的性质。
《壁虎仿生材料》PPT课件
1.2壁虎的脱离机制
另外一种解释： 以壁虎绒毛与基底接
触点为支点,绒毛另一端与 基底的距离为力臂,吸附和 脱附时拖拽力均平行于基 底,但方向相反。脱附时的 力臂远远大于吸附过程中 的力臂,由杠杆原理知,壁虎 仅需用很小的力即可让绒 毛与基底分离。[1]
0 2
仿壁虎粘附阵列的设 计与制造
壁虎的粘附阵列是一种性能优异的干性 粘着剂，由于是范德华力起主要作用， 粘附力主要受绒毛材料和几何形状的影 响，这为人们仿制粘附阵列提供了很大 的可能性。
本模板的所有素材和逻辑 图表，均可自由编辑替换 和移动。
1.1壁虎的吸附机制
Kellar Autumn等人利用MEMS技术制造的高精度二维压阻悬臂梁测量了壁虎单根刚毛的粘附 力，最大值为194+25 uN 。所有刚毛同时粘附并达到最大值时，壁虎的脚掌可产生约1300 N 的粘附力。[1]
1.2壁虎的脱离机制
型对抹刀形顶端的半径进行了近似估计，结果为0．13~0．16 um， 与实验测量值很接制造了仿壁
虎的绒毛结构，并测量其与AFM探针间的粘附力，发现47％~63％ 的粘附力都是由范德华力提供的。在这几种主要证据的支持下，范
德华力被普遍认为是壁虎实现粘附的主要机理。[1]
壁虎在竖直的墙壁上能 以1m／s的速度快速爬
> 行，在没有任何测量到
外拉力的条件下，刚毛 在15 ms内能轻松脱离 基底。那么爬行中迅速 的脱离是怎样实现的呢?
1.2壁虎的脱离机制
Kellar Autumn等人发 现，当刚毛与基底成30ﾟ 角时会突然发生脱离， 说明可能存在脱离的临 界角。整个脱离过程就 像是在剥离条带，这可 能是随着角度的增加， 刚毛边缘的应力增加， 导致绒毛与基底间的连 接出现裂纹，裂纹逐渐 增大造成脱离。[1]
《壁虎仿生材料》课件
《壁虎仿生材料》
03
研究现状及展望
虽然对壁虎的微结构有了较清楚的认识, 但是还有很多问题有待进一步系统、深入地 探究。仿壁虎机器人大多运用的不是壁虎吸 附的原理,即使运用壁虎吸附的原理其效果也 远远不能达到天然壁虎的吸附效果。因此我 们需要从实际应用的角度出发,运用当今的新 兴科技尤其是纳米科技,制备出一种价格低廉、 综合性能好且能大规模生产的仿壁虎器件。
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
2003年Metin Sitti在实验的基础上提出了三种制造方法[3]
01
纳米雕刻法
02
自组织微纳米 孔膜铸造法
03
基于微纳米绒毛 生长的定向自装
配法
前两种方法要首先生产主模板，上面有微纳米级尺度的大深宽比的孔阵 列，作为生产绒毛阵列的负版，然后用聚合物来灌注成型、烘培，通过 剥离或刻蚀与主模板分离。
壁虎仿生粘附材料
汇报人： 班级： 学号：
《壁虎仿生材料》
CONTENTS
一：壁虎的吸、脱附机制
二：仿壁虎粘附阵列的设 计与制造
三：研究现状及展望
《壁虎仿生材料》
01
壁虎的吸、脱附机制
几个世纪以来,人们一直惊讶于一些动物如壁 虎、蚊子、苍蝇等超强的吸、脱附能力。壁虎 可以在各种基底上自由地爬行,即便是在天花 板上也可以1m/s 的速度迅速地移动;独特的粘 附作用源自于自然界长期的进化,研究其吸、 脱附机理对仿制与之类似的生物材料有着巨大 的启示作用。
Gaurav J Shah等人将 壁虎的层状阵列简化为 图所示的模型，其中 L为nm级绒毛的长度； a为绒毛半径； w为绒毛间距； θ为绒毛倾角。
纳米级绒毛建模为有倾 角的圆柱状悬臂梁，顶 端是个半球体，如图所 示，这样更符合人工制 造绒毛的实际形状。[2]
03
研究现状及展望
虽然对壁虎的微结构有了较清楚的认识, 但是还有很多问题有待进一步系统、深入地 探究。仿壁虎机器人大多运用的不是壁虎吸 附的原理,即使运用壁虎吸附的原理其效果也 远远不能达到天然壁虎的吸附效果。因此我 们需要从实际应用的角度出发,运用当今的新 兴科技尤其是纳米科技,制备出一种价格低廉、 综合性能好且能大规模生产的仿壁虎器件。
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
2003年Metin Sitti在实验的基础上提出了三种制造方法[3]
01
纳米雕刻法
02
自组织微纳米 孔膜铸造法
03
基于微纳米绒毛 生长的定向自装
配法
前两种方法要首先生产主模板，上面有微纳米级尺度的大深宽比的孔阵 列，作为生产绒毛阵列的负版，然后用聚合物来灌注成型、烘培，通过 剥离或刻蚀与主模板分离。
壁虎仿生粘附材料
汇报人： 班级： 学号：
《壁虎仿生材料》
CONTENTS
一：壁虎的吸、脱附机制
二：仿壁虎粘附阵列的设 计与制造
三：研究现状及展望
《壁虎仿生材料》
01
壁虎的吸、脱附机制
几个世纪以来,人们一直惊讶于一些动物如壁 虎、蚊子、苍蝇等超强的吸、脱附能力。壁虎 可以在各种基底上自由地爬行,即便是在天花 板上也可以1m/s 的速度迅速地移动;独特的粘 附作用源自于自然界长期的进化,研究其吸、 脱附机理对仿制与之类似的生物材料有着巨大 的启示作用。
Gaurav J Shah等人将 壁虎的层状阵列简化为 图所示的模型，其中 L为nm级绒毛的长度； a为绒毛半径； w为绒毛间距； θ为绒毛倾角。
纳米级绒毛建模为有倾 角的圆柱状悬臂梁，顶 端是个半球体，如图所 示，这样更符合人工制 造绒毛的实际形状。[2]
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壁虎仿生粘附材料
汇报人： 班级： 学号：
CONTENTS
一：壁虎的吸、脱附机制
二：仿壁虎粘附阵列的设 计与制造
三：研究现状及展望
01
壁虎的吸、脱附机制
几个世纪以来,人们一直惊讶于一些动物如壁 虎、蚊子、苍蝇等超强的吸、脱附能力。壁虎 可以在各种基底上自由地爬行,即便是在天花 板上也可以1m/s 的速度迅速地移动;独特的粘 附作用源自于自然界长期的进化,研究其吸、 脱附机理对仿制与之类似的生物材料有着巨大 的启示作用。
> 行，在没有任何测量到
外拉力的条件下，刚毛 在15 ms内能轻松脱离 基底。那么爬行中迅速 的脱离是怎样实现的呢?
1.2壁虎的脱离机制
Kellar Autumn等 人发现，当 刚毛与基底 成30ﾟ角时 会突然发生 脱离，说明 可能存在脱
1.2壁虎的脱离机制
另外一种解 释：
以壁虎 绒毛与基底 接触点为支 点,绒毛另一 端与基底的 距离为力臂,
Thanks for your
attention!!
1.1壁虎的吸附机制
01பைடு நூலகம்
粘液说？
壁虎的脚底根本不存在腺体
02
吸盘说？
壁虎放在玻璃罩子里，然后把玻璃 罩里的空气抽走，结果壁虎仍然可 以爬上垂直的玻璃
03
静电说？
使用x射线轰击靶材消除静电 引力后，在离子化的条件下刚 毛仍然能够实现粘附。
·
04
范德华力?！
1.1壁虎的吸附机制
范德华力?！
假他设们为使范用德两华种力不：同壁的虎疏脚水部性的聚粘合附力物 随(硅着树所脂接橡触胶基和底聚的酯表面树能的脂增加)制而增造加，了仿 K壁ell虎ar的A绒ut毛um结n构等，人并利测用量单其根与刚A毛FM 的探粘针附间力的，粘使附用力JK，R发模现4型7％对~63抹％的刀粘附形力都是 顶由端范德的华力半提供径的进。行在了这近几似种估主计要，证结据果的 为值支虎0很持实．接下现1近3， 粘~。0范附本 图 和模 表 移．板 ， 动德的的 均 。1所 可有 自华主6素 由材 编力要u和 辑逻 替m辑 换被机，普理与遍。实认[1验] 为测是量壁
1.1壁虎的吸附机制
Kellar Autumn等人利用MEMS技术制造的高精度二维压阻悬臂梁测量了壁虎单根刚毛的粘附 力，最大值为194+25 uN 。所有刚毛同时粘附并达到最大值时，壁虎的脚掌可产生约1300 N 的粘附力。[1]
1.2壁虎的脱离机制
壁虎在竖直的墙壁上能 以1m／s的速度快速爬
02
仿壁虎粘附阵列的设 计与制造
壁虎的粘附阵列是一种性能优异的干性 粘着剂，由于是范德华力起主要作用， 粘附力主要受绒毛材料和几何形状的影 响，这为人们仿制粘附阵列提供了很大 的可能性。
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.1仿壁虎粘附阵列的设计
仿壁虎粘附阵列的设计应使其具有 较Ga强ur的av粘J附力、可控制脱离、能适 应Sh不ah同等粗人糙度的表面、自洁性和耐 久将性壁。虎的层 状阵列简化 为图所示的 模型，其中 L为nm级绒 毛的长度；
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
2003年Metin Sitti在实验的基础上 提出了三种制造方法[3]
01
纳米雕刻法
02
自组织微纳米 孔膜铸造法
03
基于微纳米绒毛 生长的定向自装
配法
前两种方法要首先生产主模板，上 面有微纳米级尺度的大深宽比的孔
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
03
研究现状及展望
目前仿壁虎材料主要应用在机器人上。 仿壁虎机器人的研究主要分为吸附技术与移 动技术的研究,吸附技术研究主要是围绕研制 仿壁虎脚掌的吸附材料展开,移动技术则主要 是模仿生物的灵巧移动方式。美国、日本等 都在开展仿壁虎机器人的研究,且处在领先的 位置。
03
研究现状及展望
虽然对壁虎的微结构有了较清楚的认识, 但是还有很多问题有待进一步系统、深入地 探究。仿壁虎机器人大多运用的不是壁虎吸 附的原理,即使运用壁虎吸附的原理其效果也 远远不能达到天然壁虎的吸附效果。因此我 们需要从实际应用的角度出发,运用当今的新 兴科技尤其是纳米科技,制备出一种价格低廉、 综合性能好且能大规模生产的仿壁虎器件。
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
01
纳米雕刻法
用一种纳米尖 端，如原子力 显微镜或者隧 道扫描显微镜 的针尖，纳米 尖端阵列或者 任何具有大深
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
02
自组织微纳米 孔膜铸造法
以具有大 高宽比孔阵列 的膜为主模板 ，如氧化铝膜 和聚碳酸酯膜 ： 铝膜上的孔径
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
02
自组织微纳米 孔膜铸造法
为得到类 壁虎的分层绒 毛阵列，可将 具有纳米孔和 微米孔的膜结 合在一起作为 模板。[3]
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
03
基于微纳米绒 毛生长的定向
自装配法
在金属极板 上喷涂一薄层液 态聚合物膜，在 相距很近的另一 极板上加上直流 电场，微纳米绒 毛就开始生长直
参考资料
[1]Autumn K, Liang Y A , Hsieh S T, et al .Adhesive Force of a Single Gecko Foot-Hair [J], Nature , 2000 , 405 :681 —685
[2]SHAH G J，SITH M．Modeling and design of biomimetic adhesives inspired by gecko fot·hairs[C], IEEE,
汇报人： 班级： 学号：
CONTENTS
一：壁虎的吸、脱附机制
二：仿壁虎粘附阵列的设 计与制造
三：研究现状及展望
01
壁虎的吸、脱附机制
几个世纪以来,人们一直惊讶于一些动物如壁 虎、蚊子、苍蝇等超强的吸、脱附能力。壁虎 可以在各种基底上自由地爬行,即便是在天花 板上也可以1m/s 的速度迅速地移动;独特的粘 附作用源自于自然界长期的进化,研究其吸、 脱附机理对仿制与之类似的生物材料有着巨大 的启示作用。
> 行，在没有任何测量到
外拉力的条件下，刚毛 在15 ms内能轻松脱离 基底。那么爬行中迅速 的脱离是怎样实现的呢?
1.2壁虎的脱离机制
Kellar Autumn等 人发现，当 刚毛与基底 成30ﾟ角时 会突然发生 脱离，说明 可能存在脱
1.2壁虎的脱离机制
另外一种解 释：
以壁虎 绒毛与基底 接触点为支 点,绒毛另一 端与基底的 距离为力臂,
Thanks for your
attention!!
1.1壁虎的吸附机制
01பைடு நூலகம்
粘液说？
壁虎的脚底根本不存在腺体
02
吸盘说？
壁虎放在玻璃罩子里，然后把玻璃 罩里的空气抽走，结果壁虎仍然可 以爬上垂直的玻璃
03
静电说？
使用x射线轰击靶材消除静电 引力后，在离子化的条件下刚 毛仍然能够实现粘附。
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04
范德华力?！
1.1壁虎的吸附机制
范德华力?！
假他设们为使范用德两华种力不：同壁的虎疏脚水部性的聚粘合附力物 随(硅着树所脂接橡触胶基和底聚的酯表面树能的脂增加)制而增造加，了仿 K壁ell虎ar的A绒ut毛um结n构等，人并利测用量单其根与刚A毛FM 的探粘针附间力的，粘使附用力JK，R发模现4型7％对~63抹％的刀粘附形力都是 顶由端范德的华力半提供径的进。行在了这近几似种估主计要，证结据果的 为值支虎0很持实．接下现1近3， 粘~。0范附本 图 和模 表 移．板 ， 动德的的 均 。1所 可有 自华主6素 由材 编力要u和 辑逻 替m辑 换被机，普理与遍。实认[1验] 为测是量壁
1.1壁虎的吸附机制
Kellar Autumn等人利用MEMS技术制造的高精度二维压阻悬臂梁测量了壁虎单根刚毛的粘附 力，最大值为194+25 uN 。所有刚毛同时粘附并达到最大值时，壁虎的脚掌可产生约1300 N 的粘附力。[1]
1.2壁虎的脱离机制
壁虎在竖直的墙壁上能 以1m／s的速度快速爬
02
仿壁虎粘附阵列的设 计与制造
壁虎的粘附阵列是一种性能优异的干性 粘着剂，由于是范德华力起主要作用， 粘附力主要受绒毛材料和几何形状的影 响，这为人们仿制粘附阵列提供了很大 的可能性。
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.1仿壁虎粘附阵列的设计
仿壁虎粘附阵列的设计应使其具有 较Ga强ur的av粘J附力、可控制脱离、能适 应Sh不ah同等粗人糙度的表面、自洁性和耐 久将性壁。虎的层 状阵列简化 为图所示的 模型，其中 L为nm级绒 毛的长度；
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
2003年Metin Sitti在实验的基础上 提出了三种制造方法[3]
01
纳米雕刻法
02
自组织微纳米 孔膜铸造法
03
基于微纳米绒毛 生长的定向自装
配法
前两种方法要首先生产主模板，上 面有微纳米级尺度的大深宽比的孔
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
03
研究现状及展望
目前仿壁虎材料主要应用在机器人上。 仿壁虎机器人的研究主要分为吸附技术与移 动技术的研究,吸附技术研究主要是围绕研制 仿壁虎脚掌的吸附材料展开,移动技术则主要 是模仿生物的灵巧移动方式。美国、日本等 都在开展仿壁虎机器人的研究,且处在领先的 位置。
03
研究现状及展望
虽然对壁虎的微结构有了较清楚的认识, 但是还有很多问题有待进一步系统、深入地 探究。仿壁虎机器人大多运用的不是壁虎吸 附的原理,即使运用壁虎吸附的原理其效果也 远远不能达到天然壁虎的吸附效果。因此我 们需要从实际应用的角度出发,运用当今的新 兴科技尤其是纳米科技,制备出一种价格低廉、 综合性能好且能大规模生产的仿壁虎器件。
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
01
纳米雕刻法
用一种纳米尖 端，如原子力 显微镜或者隧 道扫描显微镜 的针尖，纳米 尖端阵列或者 任何具有大深
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
02
自组织微纳米 孔膜铸造法
以具有大 高宽比孔阵列 的膜为主模板 ，如氧化铝膜 和聚碳酸酯膜 ： 铝膜上的孔径
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
02
自组织微纳米 孔膜铸造法
为得到类 壁虎的分层绒 毛阵列，可将 具有纳米孔和 微米孔的膜结 合在一起作为 模板。[3]
2.仿壁虎粘附阵列的设计与制造
2.2仿壁虎粘附阵列的制造方法
03
基于微纳米绒 毛生长的定向
自装配法
在金属极板 上喷涂一薄层液 态聚合物膜，在 相距很近的另一 极板上加上直流 电场，微纳米绒 毛就开始生长直
参考资料
[1]Autumn K, Liang Y A , Hsieh S T, et al .Adhesive Force of a Single Gecko Foot-Hair [J], Nature , 2000 , 405 :681 —685
[2]SHAH G J，SITH M．Modeling and design of biomimetic adhesives inspired by gecko fot·hairs[C], IEEE,