微/納米生物摩擦學——大自然的選擇

  第一部分基礎與物理工具
1  引言
2  微／納米摩擦學的物理原理
  2.1  基本定義
  2.2  模型材料
  2.3  力學性能
  2.3.1  粗糙度
  2.3.2  彈性體
  2.3.3  粘彈性體
  2.3.4  接觸力學
  2.4  粘著
  2.4.1  分子力
  2.4.2  靜電力
  2.4.3  毛細作用力
  2.5  潤滑
  2.5.1  簡單液體試驗
  2.5.2  簡單液體仿真
  2.5.3  水的整體性能
  2.5.4  水的分子膜特性
  2.5.5  潤滑和水膜厚度
  2.5.6  固體潤滑
  2.6  摩擦
  2.6.1  宏觀粘／滑
  2.6.2  微觀粘／滑
  2.6.3  納米粘／滑
  2.6.4  粘／滑與滑動速度
  2.6.5  摩擦與滑動速度
  2.6.6  摩擦與溫度、濕度
  2.6.7  摩擦與接觸幾何
  2.6.8  法向力的函數(shù)關系
  2.6.9  振動
  2.7  磨損
  2.7.1  微觀范圍的磨損
  2.7.2  納米范圍的磨損
  2.7.3  有機單分子層的磨損
  第二部分  生物摩擦系統(tǒng)
3  生物的摩擦和粘附系統(tǒng)
  3.1  生物粘附
  3.2  減少摩擦的系統(tǒng)
  3.2.1  流體和摩擦
  3.2.2  關節(jié)和關節(jié)軟骨
  3.2.3  肌結(jié)締組織
  3.3  增加摩擦的系統(tǒng)
  3.3.1  植物表面復制機制
  3.3.2  硬骨魚類的卵絲
  3.3.3  山澗魚的粘附結(jié)構(gòu)
  3.3.4  魚棘中的摩擦
  3.3.5  蜥蜴墊的移動粘附
  3.3.6  靈長類動物表皮
  3.3.7  蛇鱗摩擦表面
  3.3.8  寄生蟲及植物孢子的互鎖
  3.3.9  鳥羽毛的互鎖裝置
  3.4  粘附介質(zhì)
  3.4.1  粘結(jié)劑的高分子設計
  3.4.2  偶聯(lián)劑
  3.5  粘附增加系統(tǒng)
  3.5.1  細胞粘附
  3.5.2  無脊椎動物
  3.5.3  軟體動物足絲粘附
  3.5.4  海星管腳
  3.5.5  軟體無脊椎動物的動態(tài)粘附
  3.5.6  藤壺的粘附
  3.5.7  昆蟲和蜘蛛的持久粘附
  3.5.8  水蚤甲殼類動物的臨時粘附
  3.5.9  魚類和海鞘類脊索動物的幼蟲粘附
  3.5.10  樹蛙粘附
  3.5.11  蝙蝠粘附
  3.5.12  植物
  3.5.13  牙齒表面的粘附
  3.6  抗粘附機制
  3.6.1  植物
  3.6.2  動物
4  昆蟲的摩擦裝置
  4.1  昆蟲附著裝置的原理
  4.2  昆蟲表皮——材料的超微結(jié)構(gòu)
  4.3  具有兩互補表面的系統(tǒng)
  4.3.1  蜻蜓頭部制動系統(tǒng)
  4.3.2  翼鎖裝置
  4.3.3  昆蟲的掣爪肌器官
  4.3.4  草蜻蛉的基節(jié)互鎖機構(gòu)
  4.3.5  跳蟬的基節(jié)互鎖機構(gòu)
  4.4  一種適應性強的表面系統(tǒng)
  4.4.1  表面特征
  4.4.2  爪墊材料的超微結(jié)構(gòu)
  4.4.3  附著爪墊的其他兩種樣式
  4.5  外表皮的分泌物
  第三部分  試驗設備
5  微觀測試設備
  5.1  微摩擦試驗儀
  5.1.1  力的測試
  5.1.2  微牛頓級的彈力
  5.1.3  球的選擇
  5.1.4  基于干涉計的摩擦試驗儀
  5.1.5  基于光纖光學系統(tǒng)的微摩擦試驗儀
  5.1.6  生物微摩擦試驗儀
  5.1.7  數(shù)據(jù)分析
  5.2  微觀力學性能分析
  5.2.1  硬度測量
  5.2.2  劃痕測試
  5.2.3  接觸角測量
  5.2.4  輪廓儀
  5.2.5  閏滑油分析
  5.3  相關的表面科學技術(shù)
  5.3.1  光電子能譜
  5.3.2  俄歇電子能譜
  5.3.3  紅外光譜
  5.3.4  低能量電子衍射
6  納米探針技術(shù)
  6.1  掃描隧道顯微鏡
  6.1.1  工作原理
  6.1.2  恒電流方式／恒高方式
  6.1.3  隧道譜
  6.1.4  水合掃描隧道顯微鏡
  6.2  AFM
  6.2.1  工作原理
  6.2.2  接觸模式
  6.2.3  輕敲模式
  6.2.4  非接觸模式
  6.2.5  力的調(diào)制
  6.3  選擇結(jié)果
  6.3.1  探針與分子間的力
  6.3.2  納米級摩擦磨損
  6.3.3  納米壓痕測試
7  顯微鏡技術(shù)
  7.1  顯微鏡技術(shù)原理
  7.1.1  光學顯微鏡
  7.1.2  相襯顯微鏡
  7.1.3  干涉顯微鏡
  7.1.4  偏振光顯微鏡
  7.1.5  熒光顯微鏡
  7.1.6  透射電鏡
  7.1.7  掃描電鏡
  7.2  試樣準備過程
  7.2.1  固定
  7.2.2  包埋
  7.2.3  切片
  7.2.4  組織著色
  7.2.5  組織化學
  7.2.6  透射電鏡的對比度技術(shù)
  7.2.7  臨界點干燥
  7.2.8  冷凍干燥
  7.2.9  低溫切斷與冷凍切斷
  7.2.10  冷凍置換法
  7.3  用于表面表征的顯微鏡方法
  7.4  研究材料結(jié)構(gòu)的專用技術(shù)
  7.4.1  微觀突起的超結(jié)構(gòu)
  7.4.2  孔道
  7.4.3  接觸區(qū)的液體
  7.4.4  纖維復合物的材料特性
  第四部分  實例研究
8  試樣、試樣制備和試驗裝置
  8.1  一種生物微系統(tǒng)
  8.2  試樣老化
9  實例研究I：壓痕和粘著
  9.1  測試過程
  9.2  壓痕
  9.3  附著
  9.3.1  附著過程
  9.3.2  分離過程
  9.3.3  分泌物的粘著特性
10  實例研究Ⅱ：摩擦
  10.1  試驗裝置
  10.2  試驗結(jié)果
  10.2.1  負荷決定性和摩擦滯后
  10.2.2  摩擦的各向異性與內(nèi)部結(jié)構(gòu)
11  實例研究Ⅲ：材料，哇能
  11.1  彈性
  11.2  粘彈性
12  展望
附錄
附錄A  接觸模型
附錄B  毛細作用理論
附錄C  詞匯表
附錄D  符號表
參考文獻