走进仿生摩擦学世界
仿生表面织构及其在油气装备中的应用 ppt课件
钻头轴承配对副摩擦性能-Stribeck 参数和深径比
摩擦系数随Stribeck 参数的变化
优选微凹坑磨损量变化曲线
钻头轴承销-盘织构试样优选深径比为0.165和0.483时，润滑、减磨性能较优。
X. He, L. Zhong, et al, Industrial Lubrication and Tribology, 67, 630, 2015
牙轮钻头结构示意图
牙轮钻头工况示意图
钻头破岩过程模拟
6
1.2 牙轮钻头轴承失效形式
塑性变形
磨料磨损
轴承断裂
牙轮钻头轴承失效破坏形式
黏着磨损
2 柱塞泵液力端工程背景
2.1 柱塞泵液力端结构与工况
工 况 恶 劣 和 复 杂
大功率、大排量 高排出压力 冲击动载
交变往复运动
2.1 柱塞泵液力端零部件失效形式
表面织构优异功能：降低摩擦、减小磨损和提高承载能力， 是改善摩擦副摩擦学性能的一种有效手段。
自然界生物的体表微观形貌
11
2.表面织构的润滑减磨机理
✓ 产生附件流体动压 ✓ 储存和补充润滑介质 ✓ 捕捉磨损颗粒 ✓ 提升润滑状态
12
3.表面织构的应用领域
发动机气缸内部微结构
提升了相对滑动摩擦副的润滑、 减磨性能；延长了产品的使用寿 命；
仿生表面织构及其在 油气装备中的应用
2016-11-5
目录
一、油气装备的工程背景 二、仿生织构摩擦学的简介 三、仿生织构减磨研究-钻头轴承与柱塞动密封副 四、仿生表面织构减阻研究-深水钻井隔水管 五、总结和展望
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
摩擦学的现状与前沿
摩擦学的现状与前沿——机自09-8班姚安 03091131摩擦学作为一门实践性很强的技术基础科学，它的形成和发展与社会生产要求和科学技术的进步密切相关。
它作为一门独立的学科受到世界各国普遍重视，摩擦学理论与应用研究进入了一个新的时期。
1 研究现状与发展趋势现代摩擦学研究的主要特征可以归纳为：(1)在以往分学科研究的基础上，形成了一支掌握机械、材料和化学等相关知识的专业研究队伍，有利于对摩擦学现象进行多学科综合研究，推动了摩擦学机理研究的深入发展。
(2)由于摩擦学专业教育的发展和知识普及，以及摩擦学本身具有的实践性很强的特点，当今工业界有大量的工程科技人员结合工程实际开展研究，促使摩擦学应用研究取得巨大的经济效益。
(3)随着理论与应用的不断完善，摩擦学研究模式开始从以分析摩擦学现象为主逐步向着分析与控制相结合，甚至以控制性能为目标的研究模式发展。
此外，摩擦学研究工作从以往的主要面向设备维修和改造逐步进入机械产品的创新设计领域。
（4）交叉学科的发展。
摩擦学作为一门技术基础学科往往与其他学科相互交叉渗透从而形成新的研究领域，这是摩擦学发展的显著特点。
主要的交叉学科如下:摩擦化学、生物摩擦学、生态摩擦学及微机械学等。
当今，相关科学技术特别是计算机科学、材料科学和纳米科技的发展对摩擦学研究起着重要的推动作用，主要表现在以下方面。
1.1 流体润滑理论以数值解为基础的弹性流体动力润滑(简称弹流润滑)理论的建立是润滑理论的重大发展。
现代计算机科学和数值分析技术的迅猛发展，对于许多复杂的摩擦学现象都可能进行精确的定量计算目前薄膜润滑研究尚处于起步阶段，在理论和应用上都将成为今后润滑研究的新领域。
1.2 材料磨损与表面处理技术现代材料磨损研究的领域已从以金属材料为主体扩展到非金属材料包括陶瓷、聚合物及复合材料的研究。
表面处理技术或称表面改性是近20年来摩擦学研究中发展最为迅速的领域之一。
它利用各种物理、化学或机械的方法使材料表面层获得特殊的成分、组织结构和性能，以适应综合性能的要求。
摩擦学12
第一节 摩擦学的发展现状
为了适应现代经济和科学技术以及社会发展的需要,近10多年来,摩擦学 的研究在不断地深化和扩展，主要表现在以下几方面。
一、摩擦、磨损和润滑仍是当今摩擦学研究的主题,但更注重其工业应用
1.摩擦与磨损 近年来,已经采用原子力显微镜(AFM)和摩擦力显微镜(FFM)等先进的仪
艺技术和方法正在或已经渗透到摩擦学研究领域,形成交叉发展,相 互促进,甚至形成新的学科生长点,其中最突出的就是表面工程。
应用表面涂层技术,尤其是应用物理气相沉积(PVD)、化学气相 沉积(CVD)和离子注入技术都已获得明显的减摩和耐磨效果。极薄
的 Ti N ,Ti和AlN 等Ti涂BN层均已应用于金属切削工具和大型挖掘
1998,3:66~68 3 杨德华,薛群基,张绪寿.磨损图研究的发展现状与趋势,摩擦学学报,
1995,lS(3):281~288 4 曹占义,张有,孙大仁,刘勇兵.磨损图研究的方法与进展.摩攘学学
报,1997,17(2):185~192 5 雒建武,温诗铸.薄膜润滑进展与问题.摩擦学进展,1999,4(3/4):9~20 6 聂时春,张酮伟,王洪波,高芒来.原子力显微镜在纳米摩擦学中应用的进展.
学处理和等离子喷涂技术。近年来,更重视复合表面技术的开发,如 复合陶瓷涂层—渗氮钢体系和复合DLC涂层氧扩散处理钛体系等新 技术。
此外,在涂层的摩擦、磨损和润滑机理方面的研究也取得了一 些进展,如模拟涂层中具有微观滑动的摩擦接触状态,用分子动力学 模拟方法研究沉积DLC涂层的摩擦学特性。
三、摩擦学新领域的研究呈上升势头
器设备,观测相对运动的固体表面原子间的作用力以研究摩擦的起因;研究了
在高真空( 107 P)条a件下,粘着和摩擦的化学效应;研究了磁流体、磁粉
摩擦学原理在科技创新中的应用
摩擦学原理在科技创新中的应用科技创新一直是推动社会进步的不可或缺的力量。
在科技领域不断取得进步的过程中，摩擦学原理是发现和应用较早的理论之一。
摩擦学原理是指在两个物体之间接触的表面产生的摩擦力。
具体来说，摩擦力是由于物体的表面几何形状不同所产生的，而表面几何形状不同是因为物体表面存在微观凸起和凹陷等异质性。
根据摩擦学原理，可以在很多领域中做到更高效、更可靠和更耐用的设计。
下面我们就来探讨一下在哪些领域中可以应用摩擦学原理，以及在具体领域中摩擦学原理的应用实例。
一、机械制造在机械制造领域，摩擦学原理可以帮助工程师制造更尖端的机械设备。
例如，在制造摩托车或汽车时，摩擦学原理可以帮助工程师精确地确定这辆二轮或四轮汽车的每一个零件与另一个零件之间的摩擦力。
这种方法在提高整个燃油消耗效率方面非常关键。
除了降低燃油消耗，摩擦学原理也可以帮助工程师制造更加安全和可靠的机械设备。
在飞机和高速列车制造中，工程师可以通过研究摩擦的原理，确保车辆或飞机的每个零件之间的摩擦力达到适当的水平，以提高机械设备的安全性。
二、润滑油和涂层润滑油和涂层领域是应用摩擦学原理的一大领域。
润滑油和涂层可以使物体表面起到更好的保护作用，减少物体表面的摩擦损失。
例如，在机械变形的情况下，在机器轴承摩擦的过程中，摩擦将产生热能，如果这部分能量等于浪费热源的部分，那么就会影响变形机械系统的稳定性和运行能力。
润滑油和涂层成为提高机械设备效率的途径，有很多例子可以提出。
例如，如果涂层材料优秀，可以通过涂层加工较低价格的材料而使材料性能有了优化。
涂层的创新是带动全球经济增长的一个关键。
因此，摩擦学原理的实际应用在润滑油和涂层领域中是至关重要的。
三、人体关节人体的关节中也存在着摩擦的问题。
为了减少人体关节疼痛和疲劳，需要找到一种更有效的方法来缓解这种问题。
利用摩擦学原理可以帮助医生或工程师设计出针对关节的治疗和改善方法。
目前，人工股骨和其他骨科解决方法是通过进行人工植入手术，将钛合金零部件固定到骨骼中。
摩擦学的分形
摩擦学的分形摩擦学作为一门研究物体接触表面间相互作用的学科，揭示了许多有趣的现象和规律。
其中，分形是摩擦学中一个令人着迷的概念。
分形是一种几何形态，其具有自相似性和无限细节的特点，与摩擦学的研究息息相关。
分形的美妙之处在于其无限的细节。
就像大自然中的树叶和花朵一样，我们发现分形结构在物体的接触表面上也同样存在。
当我们观察一块岩石或一片树皮时，我们会发现无数微小的凹凸、起伏和纹路，它们组成了一个个微小的分形单位。
这些分形单位在不同尺度上重复出现，形成了一个整体上具有分形结构的表面。
在摩擦学中，分形结构对于物体的摩擦性能起到了重要的影响。
分形结构使得物体的接触表面更加复杂，增加了接触面积，从而增强了摩擦力的作用。
同时，分形结构也使得物体的表面不规则，形成了更多的微观接触点，提高了摩擦系数。
这种分形结构的优势在工程设计中得到了广泛的应用，例如在轮胎的花纹设计中、机械零件的表面处理中等。
分形结构的存在也为我们提供了更深入地理解摩擦学的机理的机会。
通过研究分形结构，我们可以揭示物体在接触过程中微观接触点的行为，进而优化摩擦性能。
分形结构的研究不仅仅局限于地面摩擦，还可以应用于润滑剂的开发、摩擦材料的改良等领域。
通过深入理解分形结构的特性，我们可以更好地控制和调节物体之间的摩擦行为。
尽管分形在摩擦学中起到了重要的作用，但我们仍然只是揭开了这一领域的冰山一角。
分形结构的形成机理、分形参数的优化等问题仍然值得深入研究。
只有不断探索和理解分形的奥秘，我们才能更好地利用分形结构来改善摩擦学的性能。
摩擦学的分形之美是一门令人着迷的学科。
分形结构的存在使得摩擦学更加有趣和复杂，同时也为我们提供了更多的机会来改善摩擦性能。
通过深入研究和理解分形结构，我们可以不断推动摩擦学的发展，为人类创造更好的摩擦学应用。
让我们一起走进摩擦学的分形世界，探索其中的奥秘吧！。
摩擦学发展前沿ppt课件
➢ 陈建敏 ➢ 王家序 ➢ 葛世荣
➢ 谢友柏
航空用特种润滑和密封材料与技术 --2004年国家技术发明2等奖
水润滑动密封复合材料轴承 --2004年获国家科技进步2等奖
矿井提升机的补偿制动技术及相关 安全装置
--2001年获国家技术发明2等奖 旋转机械转子轴承系统摩擦学动力 学设计理论与应用研究
--1997年获国家科技进步2等奖
破裂 起泡 角质化与起茧 汗毛与汗腺的破坏
28
人工关节实的磨损例后果
寿命短，患者年龄受限
软组织吸收，引发病变
磨损颗粒被巨噬细胞吸收，导致骨溶解
29
针对摩损的研实究之一—例—材料配副
UHMWPE 陶瓷
金属——金属
表面处理
30
实例
陶瓷-陶瓷人工关节
31
人工骨
人工关节
32
指关节假体 肩关节假体
肘关节 假体
✓美国军方专门研究武器发射系统的摩 擦学问题以提高射击精度、降低噪音、 提高寿命。如炮管内壁的固体润滑涂层 。
15
摩擦学的发展前沿
极端速度/载荷条件下的摩擦学： ✓如：高速轴承dm·n值达1.0×106 mm·r/min以上，传统润滑理论已完全不 能指导这些轴承的设计与制造。 ✓如：精密塑性加工过程中，模具/工件之 间的工作压力大幅度提高，工件沿模具 的塑性流动与二者的界面摩擦学状态有 密切关系。
MEMS器件失效分类
Micro-gyro
Digital Micromirror Device
Nanotractor(2004)
1、无相对运动的微构件
2、有相对运动，无碰撞、 3、有相对运动，相互碰
磨损的微构件
撞的微构件
摩擦学的进展和未来
摩擦学的进展和未来一、本文概述摩擦学，作为一门研究物体间接触表面相互作用及其产生的摩擦、磨损和润滑现象的学科，自其诞生以来就在工业、交通、能源、生物医学等众多领域发挥了至关重要的作用。
随着科技的不断进步，摩擦学的研究也日益深入，新的理论、技术和应用不断涌现。
本文旨在全面概述摩擦学领域的最新进展，并展望其未来发展方向。
我们将回顾摩擦学的发展历程，从最初的经典摩擦理论到现代的纳米摩擦学、生物摩擦学等新兴分支。
接着，我们将重点介绍摩擦学在材料科学、机械工程、航空航天、生物医学等领域的最新应用，如高性能涂层材料、纳米摩擦调控技术、智能润滑系统等。
我们还将讨论摩擦学在能源转换与存储、环境保护、可持续发展等全球性问题中的重要作用。
在展望未来部分，我们将分析摩擦学领域的发展趋势和挑战，如跨学科融合、技术创新与产业升级等。
我们还将探讨摩擦学在智能制造、新能源、生物医疗等领域的发展前景，以及其在推动社会进步和可持续发展中的潜力。
本文旨在全面梳理摩擦学的进展和未来，以期为该领域的研究者、工程师和决策者提供有益的参考和启示。
二、摩擦学的基础理论摩擦学，作为一门研究物体表面间相互作用和摩擦现象的科学，其基础理论涉及多个学科领域，包括物理学、化学、材料科学和力学等。
这些基础理论为摩擦学的发展提供了坚实的支撑，同时也为未来的探索提供了新的思路。
接触力学理论：接触力学是摩擦学的基础，主要研究物体表面的接触行为和接触应力分布。
该理论通过研究接触表面的形貌、材料属性和载荷等因素，揭示了接触界面上的应力分布规律，为摩擦学的研究提供了重要的理论基础。
弹塑性理论：弹塑性理论主要研究物体在受力作用下的变形行为，包括弹性变形和塑性变形。
该理论为摩擦学提供了关于材料表面在摩擦过程中变形和损伤机制的重要认识，有助于深入理解摩擦现象的本质。
摩擦热学：摩擦过程中，由于摩擦力的作用，物体表面会产生大量的热量。
摩擦热学主要研究摩擦过程中的热量产生、传递和消散等问题。
生物摩擦学定义
生物摩擦学定义
生物摩擦学是研究生物体表面与环境接触时产生的摩擦现象的学科。
它关注生物体表面结构和性质对摩擦力的影响，以及生物体如何通过改变表面结构和性质来适应不同的环境摩擦条件。
生物摩擦学的研究对象可以是动物、植物、昆虫等生物体。
它通过对生物体表面的形态、结构和化学性质进行研究，来了解生物体如何在不同的环境条件下减少或增加摩擦力。
生物摩擦学的研究可以有多种应用，例如在仿生设计中，可以借鉴生物体表面的特殊结构和材料性质，来设计出具有低摩擦特性的新材料或涂层。
另外，生物摩擦学的研究也可以为机器人、交通工具的设计等领域提供指导，提高其在不同环境条件下的运动效率和能耗。
总之，生物摩擦学研究了生物体表面与环境接触时产生的摩擦现象，以及生物体如何通过适应表面结构和性质来减小或增加摩擦力的学科。
摩擦学的进展与展望
摩擦学的进展与展望摩擦学是一门关于摩擦现象及其控制的学科，是材料领域中最重要的基础科学之一。
随着科学技术的不断发展，摩擦学研究也逐渐取得了新的进展和突破，本文将简述摩擦学的进展以及未来的展望。
一、摩擦学的进展1. 材料性能的改进随着材料科学的发展，工程界不断提出新的材料，任何材料都不能发展的独立于摩擦学的限制。
新型材料的发展为减小摩擦提供了一种途径，包括纳米材料，硅基材料等等。
2. 润滑技术的发展传统的润滑技术包括机械润滑、油润滑、气体润滑等。
而近年来润滑技术的应用也越来越广泛，从传统的机械润滑开始转向静电场润滑等新型技术，这些技术的应用有效地减小了摩擦现象，增加了机械设备的寿命。
3. 摩擦学理论的深化随着计算机技术和数值模拟技术的发展，摩擦学理论得到了很大的改进。
现代摩擦学理论已经逐渐从传统的摩擦现象说明向着深入探讨摩擦机制的方向发展。
同时新型摩擦学理论的提出可为材料科学提供新的支撑。
二、摩擦学的展望随着材料科学、计算机科学的快速发展，摩擦学在未来还有非常广阔的发展空间。
未来摩擦学的发展重点包括以下几个方面：1. 摩擦与磨损控制的理论和技术的发展随着工业的快速发展，摩擦机制和材料耐用性是极其关键的。
未来研究需着重探索摩擦与磨损强度之间的关系、摩擦机制的本质、新型润滑剂的研究等等。
2. 智能润滑技术的推广智能润滑技术将润滑技术与计算机技术相结合，开发出一种更加高效、自适应性更强的新型润滑系统。
未来摩擦学的应用将更加普及和广泛，发展出与工业现状高度契合的新型智能润滑技术。
3. 摩擦学与新材料的研究在现代工程技术和材料科学的高度发展下，新型材料的研究变得越来越重要。
未来的摩擦学还需要关注新型材料的摩擦特性、摩擦不稳定性等方面的应用研究。
尽管摩擦学已取得了长足的发展，但是未来摩擦学的发展研究充满了无限的可能性。
相信有天人们可以突破摩擦机制的局限，创造出更多的奇迹。
4. 微观结构与摩擦特性的研究随着纳米技术的不断发展，微观结构与摩擦特性之间的关系逐渐成为了一个热门领域。
爬墙机器人中摩擦学原理的应用
爬墙机器人中摩擦学原理的应用【摘要】：本文将从爬墙机器人的应用入手，简单探讨壁虎吸附原理在爬墙机器人中同时，简要分析了摩擦学原理的应用和体现。
【关键词】：爬墙摩擦壁虎材料吸附一、摘要爬壁机器人的诞生是科学研究与实际生产的双重需要。
就科学研究而言，对爬壁机器人的研究可以有力的促进仿生机械学的发展。
对动物来说，运动是其捕食、逃逸、生殖、繁衍等行为的基础。
而对机器人来说，运动也是现代机器人实现各种功能的基础。
其中能够在光滑或粗糙的各种表面上自如运动的可控移动系统，即三维空间无障碍机器人(简称3dof-3dimensional-terrainobstaclefree机器人即我们称作的爬壁机器人)是这类机器人的重要分支，其研究和研制水平已成为衡量一个国家科技水平的重要标志之一。
就实际生产生活而言，人们也迫切要求爬壁机器人的出现。
我们在实际生产过程中经常会碰到一些需要人们在危险陡峭的竖直面上作业的情况，比如大厦外壁清洗、船舶检测、航天舱外维修等等情况，此时就到了爬壁机器人大显身手的时候了。
而在反恐、救援、首脑保卫、特种侦察等公共和国家安全领域以及狭小空间检测等在特殊环境下的作业，则更需要爬壁机器人的帮忙。
二、壁虎爬墙原理分析（1）、吸附原理研究发现，壁虎的爪子有一种特殊的结构，柔软、起皱和纤毛，可以形成凹陷，造成负压，从而抓住壁。
壁虎之所以能产生如此大的吸附力，是因为它的鞋底上有许多绒毛，而且与基底接触的总周长非常大。
在2000，来自Lewis克拉克大学的凯拉秋季团队和加利福尼亚大学的罗伯特·福勒，伯克利发表了一篇文章，详细描述壁虎脚鬃的结构，并计算壁虎脚的“吸力”。
这些吸力是范德华力，分子之间的吸引力。
这些科学家选择中国南部和东南亚常见的壁虎作为研究对象。
选择它的原因是壁虎是世界上最大的壁虎。
它的成年体长近40厘米，重近300克。
事实上，壁虎几乎是依赖范德瓦尔斯力量的最重的动物。
经过测量，壁虎每只脚底的面积约为227平方毫米米，共长着3268800根刚毛，总共可以产生约20牛顿的吸附力，而它的重力只有大概3牛顿。
摩擦学的进展和未来_雒建斌
2010年12月第35卷第12期润滑与密封LUBR I CAT I ON ENG I NEER I NGD ec .2010V ol 135No 112DO I :1013969/j 1i ss n 10254-0150120101121001*基金项目:国际科技合作项目和国家自然科学基金项目(50721004).收稿日期:2010-09-30作者简介:雒建斌(1961)),男,博士,长江特聘教授,博士生导师,现任摩擦学国家重点实验室主任,I FT o MM 摩擦学技术委员会主席,中国机械工程学会摩擦学分会主任,国际摩擦学学会副主席;为国家自然科学基金重大项目负责人、973计划先进制造方向项目首席科学家;曾获国家科技进步二等奖(2008),国家自然科学二等奖(2001)、国家发明三等奖(1996)、省部级科技奖5项.主要研究方向:纳米级表面改性和加工研究,润滑理论研究.E -m ai:l l uoj b @tsi nghua 1edu 1cn .摩擦学的进展和未来*雒建斌 李津津(清华大学摩擦学国家重点实验室 北京100084)摘要:在过去的20年内,随着纳米技术的飞速发展和人们社会需求的日益增加,摩擦学迅速发展,并随之产生了几个新的领域,比如纳米摩擦、生物摩擦、超滑、表面织构摩擦学、极端工况摩擦学、微动摩擦学等等。
在未来的10年,这些领域和其他新出现的概念,比如:绿色摩擦、纳米制造摩擦学、新型超滑材料和新能源领域摩擦学等等,将在摩擦学研究工作中发挥重要的作用。
纳米摩擦学包括纳米尺度下的薄膜润滑、纳米摩擦、纳米磨损、表面黏附等等。
绿色摩擦学包括环境友好润滑剂、摩擦噪声的减小、没有环境污染的磨损。
生物摩擦学包括人类器官中的摩擦学和仿生摩擦学。
超滑包含不同类型的润滑剂,比如类金刚石膜、水基润滑剂、一些生物润滑剂,其具有极低的摩擦因数(01001量级)。
纳米制造摩擦学包括纳米结构制造中的摩擦学、纳米精度制造中的摩擦学和跨尺度(微观、中观和宏观)制造中的摩擦学。
第七届中国国际摩擦学会议(7th CIST)将在徐州举行
第七届中国国际摩擦学会议(7th CIST)将在徐州举行佚名【期刊名称】《表面工程资讯》【年(卷),期】2013(13)4【摘要】由中国机械工程学会摩擦学分会主办，中国矿业大学承办的第7届中国摩擦学国际会议（CIST2014）将于2014年4月28日至30日在中国徐州举行，会议主题为“面向可持续发展的摩擦学”。
作为中国摩擦学系列国际学术会议，大会将邀请国内外摩擦学领域著名学者和企业代表参会，为来自世界各地的摩擦学工作者提供交流和展示的平台，共同研讨近年来摩擦学与技术研究的最新进展和未来发展方向。
本次会议由清华大学雒建斌院士、中国石油大学（北京）张嗣伟教授、中国科学院兰州化学物理研究所薛群基院士担任学委会联合主席，中国矿业大学校长葛世荣教授、中国科学院兰州化学物理研究所刘维民教授和清华大学摩擦学国家重点实验室孟永刚教授担任组委会联合主席。
会议主要设生物摩擦学与仿生、涂层和薄膜技术、空间摩擦学、润滑基础与技术、材料的疲劳与磨损、表面与界面工程、纳米摩擦学与纳米技术、摩擦化学、工业摩擦学及技术测试和微动磨损等10个会议专题。
【总页数】1页(P29-29)【关键词】中国机械工程学会;生物摩擦学;国际会议;中国科学院兰州化学物理研究所;徐州;石油大学(北京);中国矿业大学;国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TH-26【相关文献】1.第七届中国国际保健博览会9月将在广州开幕第七届中国国际保健节同期举行[J], 刘志学2.第十四届全国摩擦学大会暨2019年全国青年摩擦学学术会议将在广州举行 [J], 无;3.第十四届全国摩擦学大会暨2019年全国青年摩擦学学术会议将在广州举行 [J], 中国机械工程学会摩擦学分会4.第七届中国国际摩擦学会议(7th CIST)预通知 [J],5.第七届中国国际摩擦学会议在徐州举行 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
走进仿生摩擦学世界
仿生润滑
2020/9/30
走进仿生摩擦学世界
7
3.仿生摩擦学重要研究进展
3.1 仿生减摩及脱附
光合作用是植物生长的能量-质量转化环节，叶子是 光合作用的器官，光合作用通过叶子上的气孔进行，因 此保持叶子的洁净对植物生长至关重要。
2020/9/30
走进仿生摩擦学世界
8
超疏水表面
植物的自我清洁功能源于叶子表面超常的疏水性, 科 学家通过对荷叶的表面进行研究，发现荷叶表面结构是介 于微米-纳米尺度的三维表面结构。
❖ 揭示生物体特有优异摩擦性能的生物物理本质; ❖ 确立仿生对象的选择原则; ❖ 研究生物体表面织构与生物材料性能拓扑的规律性 及其创成技术; ❖ 基于仿生对象及其生存环境的多样性，创新出针对 不同生物体的测试方法和测试仪器。
2020/9/30
走进仿生摩擦学世界
17
2020/9/30
走进仿生摩擦学世界
5
1.仿生摩擦学简介
定义
运用仿生学原理，通过对生物系统的减摩、抗 黏附、增摩、抗磨损及高效润滑机理的研究，从几何、 物理、材料等角度借鉴生物系统的成功经验和创成规 律，来研究、发展和提升工程摩擦副的摩擦学性能。
基本思想
以具有优异摩擦学特性的天然生物体的结构、材
料、性状、原理、行为为创新源泉，通过对天然生
走进仿生摩擦学世界
2020/9/30
走进仿生摩擦学世界
1
目录
2020/9/30
03
01
02
仿 04
仿 生 摩 擦
学 简 介
仿 生 摩 擦 学 分 类
生仿 摩生 擦摩 学擦 重学 要展 研望
究
进
走进仿生摩擦学世界
摩擦学的起源
摩擦学的起源
摩擦学的起源可以追溯到古代。
最早的摩擦起源是钻木取火，即通过摩擦将木头点燃，人类从而控制了火，从野蛮走向了文明。
在后来的历史中，雪橇和车的出现使得滚动摩擦代替滑动摩擦，为人类生产带来了很大的进步。
然而，人类开始真正科学地研究摩擦问题是在15世纪达·芬奇开始的。
他在其手稿中已经开始研究摩擦，并提出了摩擦力大概是自重的四分之一的结论。
但是，真正将摩擦研究上升到科学层次，探索摩擦的起源，是在17世纪。
此外，“摩擦学”这个词是由彼得·乔斯特在1966年创造的，并在同名报告中强调了英国经济的摩擦、磨损和腐蚀成本。
摩擦学基本知识
摩擦学基本知识目录1. 摩擦学简介 (3)1.1 摩擦学的定义和学科范围 (4)1.2 摩擦学的重要性与应用领域 (5)2. 摩擦的分类与机制 (6)2.1 摩擦的分量和类型 (7)2.2 摩擦机理的基本概念 (8)2.3 不同表面相互作用的摩擦特性 (9)3. 摩擦因数的测定与预测 (10)3.1 摩擦因数的测定方法 (13)3.2 摩擦因数的预测模型 (14)3.3 摩擦因数的理论与实验研究 (16)4. 接触力与接触压力 (17)4.1 接触力产生的基本原理 (18)4.2 接触压力分布分析 (19)4.3 表面纹理与非线性接触压力 (21)5. 摩擦系数与磨损 (22)5.1 摩擦系数的影响因素 (23)5.2 磨损理论与磨损机制 (25)5.3 表面损伤与摩擦副寿命 (26)6. 润滑理论与技术 (27)6.1 润滑的基本原理 (29)6.2 润滑剂的种类与性能 (29)6.3 润滑技术的应用与发展 (30)7. 润滑与摩擦学研究进展 (32)7.1 高温润滑与表面化学 (33)7.2 纳米润滑与摩擦纳米技术 (34)7.3 非传统润滑方法 (36)8. 摩擦与润滑系统分析 (37)8.1 摩擦与润滑系统的建模 (38)8.2 系统分析和仿真方法 (39)8.3 设计原则与优化方法 (42)9. 摩擦与润滑材料 (43)9.1 摩擦与润滑基体材料 (44)9.2 摩擦系数与材料特性 (46)9.3 摩擦与磨损材料的研究 (47)10. 表面工程与表面特征对摩擦的影响 (48)10.1 表面工程技术 (50)10.2 表面特征与摩擦性质 (51)10.3 表面处理与润滑原理 (52)11. 摩擦与润滑的可持续性与环境考量 (54)11.1 环境保护与绿色润滑 (55)11.2 可持续设计与材料选择 (56)11.3 摩擦与润滑的节能减排 (57)12. 摩擦与润滑的科技伦理与社会责任 (58)12.1 专利与知识产权保护 (59)12.2 技术创新与科技伦理 (61)12.3 摩擦与润滑的社会责任 (62)13. 摩擦与润滑的未来趋势 (63)13.1 新兴技术的应用前景 (64)13.2 智能化与信息化在摩擦学中的应用 (65)13.3 摩擦学与当代科技发展的交融 (66)1. 摩擦学简介摩擦学是一门研究涉及相互接触并相对运动的物体间相互作用的科学。
仿生摩擦学
18
在超高解析度电子显微镜可以 清晰看到：
1.荷叶表面上有许多微小的突 起的“小山包”，平均大小约 为10微米，平均间距约为12微 米。
2.在山包上面长满绒毛（直径 约为1nm的蜡质结晶）。
3.在“山包”顶又长出一个馒 头状的“碉堡”凸顶。
19
在德国“荷叶效应”技术已经获得200多项 专利，在纺织品、油漆、玻璃、瓷砖和塑料 等领域得到广泛的应用。在我国也得到了很 好的应用，如服装面料、涂料、高压输电线 上的绝缘器、电饭锅内胆、微波炉等等。
37
深圳一家公司研制的仿生环保高分子材料“鲨刻烃” 仿生膜的灵感也来自鲨鱼皮。这种材料可以用于船舶、潜 艇、轮船、水动力设备的表面（如水泵），防止海生物的 附着造成的腐蚀（自清洁功能）及减少水阻力。
38
子弹列车
日本新干线的500系列子弹列车是目前全世界最快的 列车，最高时速可达300公里。它的设计灵感来源于猫头 鹰的翅膀和翠鸟的嘴。猫头鹰的锯齿形翅膀让它在飞行和 捕猎是悄无声息，因为这种翅膀可以让气流形成一个个小 型漩涡，从而阻止制造噪音的大漩涡的形成。而翠鸟的尖 嘴则是空气动力学，使它在飞行时尽量减小阻力。
7
仿生摩擦学定义
与生命科学的交叉使摩擦学的研究领 域和科学基础更加广阔。通过对生物体的 减摩、抗粘附、增摩、抗磨损及高效润滑 机制的研究，从几何、物理、材料和控制 等角度借鉴工程摩擦副的性能，这一领域 称为仿生摩擦学。
8
仿生摩擦学的分类
(1)从系统构成上可以分为：摩擦学材料仿生、摩擦学表 面形态仿生，前者如仿生复合摩擦学材料、仿生涂层 和仿生润滑材料，后者如非光滑几何表面形态仿生、 柔性非光滑仿生及仿生耐磨形态等。
(2)从摩擦学功能上可以分：减摩仿生、增摩仿生、耐磨 仿生及防粘仿生等。
仿生摩擦学研究及发展
1) 杜家纬. 21 世纪仿生学研究对我国高新技术产业的影响. 220 次香山科学会议, 北京香山, 2003
2353
第 51ห้องสมุดไป่ตู้卷 第 20 期 2006 年 10 月
评述
究具有优异摩擦学性能的生物结构和材料的宏观几 何、材料拓扑、表面织构等几何构形的规律性; (ⅲ) 研究生物结构和材料的创成规律及其仿生制造技术.
在自清洁表面研究和应用开发方面, 存在的主 要问题是:
(ⅰ) 对大型结构表面, 未来研究的核心是取得 具有自主知识产权的制造方法和相关材料, 获得仿 生微结构表面的低成本制造技术.
(ⅱ) 对微结构表面和大载荷下的表面, 抗黏附 和自清洁技术的基本理论问题需要进一步探索, 相 关的微制造技术还不够成熟. 2.2 生物脚掌与固体表面的黏附及其仿生技术
图2蝗虫爪垫的微结构表面由许多六角形结构组成b表面下为直径008m垂直于外表面紧密排列的棒状组织该层的厚度为610ma次表面为相互平行并偶尔有所交联的树丛结构树丛直径为112m延续深度4050mc刚毛爪垫覆盖有细长可变形的刚毛图317例如壁虎苍蝇某些甲虫和蜘蛛的爪垫这里每个刚毛具有很好的变形能力而使每个刚毛能够与表面形成众多的微接触区
钟情“摩擦” 为国献力——记清华大学摩擦学国家重点实验室主任田煜
田煜在2018年清华大学摩擦学国家重点实验室成立三十周年纪念活动上作报告专家简介：田煜的博士论文研究是利用电磁场来控制液体的流变行为。
在外加一个电场或磁场环境后，能够控制液体从一个比较稀的状态变成一个特别稠的状态。
从而经历剪切时，摩擦力就可能从一个很小的阻力变成一个很大的阻力，这是一种主动去控制摩擦和润滑的研究。
在传统的设计中，一旦摩擦副材料和润滑剂确定之后，剩下的就是发挥材料自身的性能，让它自己去适应各种工况和环境。
然而，在许多现实环境下需要对摩擦和润滑主动调节时，传统的被动式设计就不能满足要求了。
为了解决这一问题，田煜想到了壁虎。
在摩擦学性能比较独特的自然界生物中，壁虎的强黏附能力是一个典型代表，它能够通过自己的动作，在“摩擦”和“粘着”上实现很轻松自如的控制。
“它的爪子上，没有胶水，也没有吸盘，但是却能够很好地实现在墙上爬行。
”在加州大学圣塔芭芭拉分校从事博士后研究的两年，田煜正式开始了这方面的研究，探讨壁虎黏脱附的机理，研究它如何控制摩擦力和黏着力。
“当时其他研究组做了很多仿壁虎干黏附的表面，能够黏附在各种墙上，有很强的黏着力。
但是我们观察壁虎，不仅很容易黏附在墙上，也要很容易脱下来，才能跑得飞快。
除了强黏附，它还要易脱附。
”壁虎脚趾末端许多微纳尺度的刚毛结构是其黏附行为的关键。
事实上，在物体表面结构的特征尺寸减小到微米和纳米量级后，表面间范德华力就起到越来越重要的作用。
在前人的研究中，根据球/平面接触的J K R模型可以预测刚毛与壁面间的黏附力作用，但不能解释生物体刚毛的快速脱附运动行为。
根据这个理论模型研制的微柱阵列仿生表面具有强黏附力，但无法实现从壁面快速脱附。
这与壁虎等生物体可快速爬行相矛盾。
而在自然界中，还有许多具有特殊摩擦学功能的生物，如蚂蚁、蜜蜂、苍蝇和蜘蛛等昆虫也都具有很强的黏附和摩擦控制能力，这种能力也都来源于类似的微细刚毛结构。
因此，生物体刚毛强黏附且易脱附的机理已成为相关领域研究的一个关键问题。
仿生学在摩擦中的发展研究
摩擦仿生学的发展摘要经过数百万年的进化，动植物形成了优化的几何结构、智能拓扑材料和多功能表面纹理，成为具有优异摩擦学性能的仿生摩擦学设计模型。
本文介绍了仿生摩擦学的定义和基础，研究了自清洁固-液界面、动物足部与固体表面的粘附、生物表面磨损特性、摩擦的仿生设计以及固-液仿生设计的作用。
接口。
讨论了摩擦学仿生学的进一步发展。
关键词：仿生摩擦学，自清洁，粘附，摩擦，生物摩擦学。
摩擦学是科学和技术在相对运动中的交互表面。
运动是各种动物行为的基础，例如捕食、回避和繁殖。
通过过去 35 亿年的进化和竞争，动物已经开发出优化的几何形状、微妙的材料拓扑、简单有效的控制模式和多功能的表面纹理。
与任何人工系统相比，这些结构、材料、表面和调制方式使动物的运动更加稳定、灵活、稳健、高效和适应周围环境。
例如，猫的运动是高度静音的，由于其足部结构细腻，猫爪与目标表面的高摩擦系数和其爪子对地面的低冲击力已被引用为改善汽车轮胎的行驶设计。
人体关节的摩擦系数可低至0.005，仅为低碳钢之间的2%。
鲨鱼游泳时，非光滑的表面纹理可以有效降低摩擦阻力，这启发了游泳布的设计，特定表面纹理的布的摩擦阻力降低了 4% 到 8%。
智能抗磨损设计中磨损生物系统的自主诊断能力受到了广泛关注。
人手掌与其他表面的摩擦接触导致胼胝体具有抗磨损功能。
植物还进化出表面纹理和出色的摩擦学特性，例如加强框架的竹子，以及不粘在猪笼草嘴上的纹理强度拓扑结构。
这些具有优异摩擦学特性的结构、拓扑结构和表面纹理已成为现代摩擦学设计模仿的典范。
这里对生物摩擦学的定义和仿生摩擦学的介绍、相关领域近几年的主要进展进行了回顾，并提出了一些未来发展的关键技术。
1 定义、基础、历史回顾摩擦学是机械科学与应用交叉学科的前沿。
其基础涉及力学、材料科学、制造科学和机械设计，其研究包括揭示和理解生物表面或表面对其他材料的润湿、粘附、摩擦、磨损，包括建立仿生原理和开发制造系统, 支持各种工作条件下的仿生设计的生物物理机制。
仿生物体摩擦学发展现状及应用前景
仿生物体摩擦学发展现状及应用前景应用一《仿生鲨鱼皮泳衣的奇妙世界》你知道吗，在游泳界有一种神奇的泳衣，那就是仿生鲨鱼皮泳衣。
这玩意儿可不得了，它的灵感就来自于鲨鱼那光滑的皮肤。
我有个哥们儿，特别喜欢游泳，每天都泡在游泳馆里，那水平吧，也就只能算是个“快乐游泳侠”，和专业选手比起来差了那么一大截。
后来啊，这哥们儿不知从哪儿听说了仿生鲨鱼皮泳衣，那眼睛都放光了，立马就买了一套。
我当时还笑话他：“就一件泳衣，能把你变成游泳健将啊？”他白了我一眼，迫不及待地穿上就下水了。
嘿，你还别说，等他游了一圈回来，那脸上的表情，简直像中了彩票一样。
原来啊，这鲨鱼皮泳衣的厉害之处就在于它模仿了鲨鱼皮肤的结构。
鲨鱼的皮肤表面有很多微小的鳞片，这些鳞片可以让水快速地流过鲨鱼的身体，减少水的阻力。
而仿生鲨鱼皮泳衣也有类似的设计，穿上它游泳的时候，就感觉水像是在给自己开绿灯，“唰唰”地就过去了，没了那种拖后腿的黏糊感。
我那哥们儿穿上这泳衣后，游泳的速度明显快了不少。
原来游个200米累得气喘吁吁，现在轻轻松松就能完成，还一个劲儿地跟我炫耀：“看，这就是科技的力量，穿上它，我感觉自己都快成为泳池里的‘飞鱼’了！”从这个小小的仿生鲨鱼皮泳衣就能看出，仿生物体摩擦学可真是个了不起的东西。
它通过模仿鲨鱼的皮肤，让游泳者在水中更加自由自在地游动，这对于那些热爱游泳的人来说，简直就是一大福音。
说不定以后啊，还能有更多这样神奇的仿生装备出现，让我们的生活变得更加有趣。
应用二《壁虎脚的神奇模仿：超强粘贴技术》大家都知道壁虎吧，那小家伙在墙上、天花板上爬来爬去，就跟走平地似的，多神奇啊！这背后的秘密就在于它的脚，而现在，科学家们根据壁虎脚的原理，发明了一些超酷的东西。
有一次，我去朋友家装修现场帮忙。
那场面啊，真是一片混乱，各种工具、材料堆得乱七八糟。
朋友负责安装一些装饰品，可这墙上打孔固定东西太麻烦了，还得担心把墙弄坏。
就在我们一筹莫展的时候，他突然拿出了一种特别的胶带，说是用了仿壁虎脚技术的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
防水布料
2015/11/12 走进仿生摩擦学世界
防水卷材
11
3.2 仿生增摩及吸附
自然界中脚掌对地面的附着对陆上动物的运动至关重 要. 像蚂蚁、苍蝇、蜜蜂、蝗虫、甲虫、蜘蛛和壁虎等动 物那样能在各种各样的表面上的进行行走，科学家通过研 究发现动物驱动脚掌都具有刚毛结构。
（a) 甲虫 (b) 苍蝇 (c) 蜘蛛 (d) 壁虎 动物足底刚毛结构
走进仿生摩擦学世界
2015/11/12
走进仿生摩擦学世界
1
目录
01
03 02
仿 生 摩 擦 学 简 介
仿 生 摩 擦 学 分 类
2015/11/12
走进仿生摩擦学世界
仿 生 摩 擦 学 重 要 研 究 进 展
04
仿 生 摩 擦 学 展 望
2
2015/11/12
走进仿生摩擦学世界
3
2015/11/12
走进仿生摩擦学世界
4
随着仿生技术的发展， 尤其是生物摩擦学研究的深 入，以及医学生物技术、材 料科学的快速发展，人们萌 生了利用仿生学原理，将天 然生物系统的优异摩擦学特 性进行移植模仿，并为人类 所利用的想法，从而促进了 仿生摩擦学的产生和发展。
2015/11/12
走进仿生摩擦学世界
5
1.仿生摩擦学简介
所以只要叶面稍微倾斜，水珠就会滚落叶面。当 水滴从荷叶上滚动时便将污染物颗粒带走。因此形成 降雨即可自清洁的表面, 称这种现象为“荷叶效应”。
2015/11/12
走进仿生摩擦学世界
10
具有防污防水能力的人造材料，如纺织材料、建筑材料。 不粘锅其工艺技术：从在金属表面涂一层疏水性的物质 特氟龙到现在非常先的钻石渗透技术。 水垢清除材料：将材料表面做成类似荷叶表面使水垢不 能在材料表面生成。
制动闸片
14
3.4 仿生润滑
润滑是摩擦学研究的重要内容，改善摩擦副的摩 擦状态以降低摩擦阻力是减缓磨损的主要技术措施。 基于生物关节润滑机理开发的新型人工关节仿生润 滑系统。 基于人体汗腺的特殊结构和排汗原理，开发的高温 发汗自润滑材料在极限高温重载工况下具有良13
3.3 仿生耐磨材料
生活在潮湿、疏松和肥沃的土壤中，身 体呈长圆筒形，褐色稍淡，约由100多个体 节组成。前段稍尖，后端稍圆，在前端有一 个分节不明显的环带。腹面颜色较浅，大多 数体节中间有刚毛，在蚯蚓爬行时起固定支 撑作用和辅助运动作用。
蚯蚓体表形貌
2015/11/12 走进仿生摩擦学世界
揭示生物体特有优异摩擦性能的生物物理本质;
确立仿生对象的选择原则; 研究生物体表面织构与生物材料性能拓扑的规律性
及其创成技术;
基于仿生对象及其生存环境的多样性，创新出针对 不同生物体的测试方法和测试仪器。
2015/11/12
走进仿生摩擦学世界
17
定义
运用仿生学原理，通过对生物系统的减摩、抗 黏附、增摩、抗磨损及高效润滑机理的研究，从几何、 物理、材料等角度借鉴生物系统的成功经验和创成规 律，来研究、发展和提升工程摩擦副的摩擦学性能。
基本思想
以具有优异摩擦学特性的天然生物体的结构、材
料、性状、原理、行为为创新源泉，通过对天然生 物系统的模拟进而创造新摩擦学技术系统或研制摩
2015/11/12 走进仿生摩擦学世界 12
德国大陆集团根据猫和猎豹脚掌的防滑附着机制，
设计出着地压力分布更加均匀，有更强的抓地力的轮 胎。这种轮胎能有效增加与地面的摩擦力，在车辆制 动时，就可以提供最大可能的地面摩擦力，进一步保 证了在潮湿和干燥地面上有更短的制动距离，能确保 乘客的安全。
2015/11/12
在超高解析度电子显微镜 可以清晰看到：
荷叶表面上有许多微小 的突起的“小山包”，平 均大小约为10微米，平均 间距约为12微米。 在山包上面长满绒毛 在“山包”顶又长出一 个馒头状的“碉堡”凸顶。
2015/11/12 走进仿生摩擦学世界
荷叶表面形貌
9
研究发现荷叶的结构通常会使得落到叶面上的水与 叶面的接触角会大于140度。
走进仿生摩擦学世界
15
高温发汗自润滑材料 润滑机理：
在高温摩擦热—应力作用下将复合体中的润滑剂沿着汗 腺式有序通道扩散至摩擦界面实现自补偿润滑。
高温发汗仿生润滑机理简图
2015/11/12 走进仿生摩擦学世界 16
4.仿生摩擦学展望
仿生摩擦学通过研究生物系统的结构、性状、原理、 行为以及相互作用，为摩擦学设计提供了新的思想、 工作原理和系统构成，目前已成为摩擦学的发展前沿。
3.仿生摩擦学重要研究进展
3.1 仿生减摩及脱附
光合作用是植物生长的能量 -质量转化环节，叶子是 光合作用的器官，光合作用通过叶子上的气孔进行，因 此保持叶子的洁净对植物生长至关重要。
2015/11/12
走进仿生摩擦学世界
8
超疏水表面
植物的自我清洁功能源于叶子表面超常的疏水性, 科 学家通过对荷叶的表面进行研究，发现荷叶表面结构是介 于微米-纳米尺度的三维表面结构。
擦学新材料。
2015/11/12 走进仿生摩擦学世界 6
2.仿生摩擦学分类
仿生复合摩擦学材料 摩擦学材料仿生 仿生涂层
仿 系统构成 生 摩 擦 学
仿生润滑材料 非光滑几何表面形态仿生
摩擦学表面形态仿生 柔性非光滑仿生 仿生耐磨形态 仿生减摩及脱附 仿生增摩及吸附 仿生耐磨材料
摩擦学功能
仿生润滑
2015/11/12 走进仿生摩擦学世界 7