【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及黏附調控，具體涉及一種快速的開關黏附調控方法及其應用。
技術介紹
1、為了滿足微轉移印刷、機器人或人的爬壁、機器人軟體抓手、柔性電子皮膚和可穿戴監測設備等新興技術的高級應用需求，新一代開關黏附技術被提出。所謂開關黏附，是指在需要黏附時能夠實現黏附開啟(對應強黏附)，而不需要黏附時能夠輕松實現黏附關閉(對應弱黏附)。黏附強度、黏附開關比(即強黏附與弱黏附之比)和開關時間(即從強黏附變換到弱黏附所需的時間)是開關黏附技術的三個重要指標。
2、在自然界中，壁虎的剛毛型黏附腳趾墊顯示了強黏附(～100kpa)、易脫附(黏附和摩擦力變化超過3個數量級)和快速黏-脫變換(15-20ms)的開關黏附特征，這使它們能夠在不同的自然或人造壁面穩定、快速攀爬。為了實現與壁虎類似甚至增強的開關黏附，基于外界刺激的開關黏附技術被發展，這些開關黏附技術在黏附強度、黏附開關比和開關時間方面各具優勢，比如：通過電或磁刺激實現的開關黏附，黏附開關時間短，但黏附強度較低；通過光或熱刺激實現的開關黏附，黏附強度高、黏附開關比大，但黏附開關時間較長；通過機械刺激實現的開關黏附，具有適中的黏附開關比和開關時間。特別地，熱敏形狀記憶聚合物(smp)因其優異的形狀記憶和顯著的變剛度特性在開關黏附應用中表現尤為突出，smp黏附材料在光滑或粗糙、干或濕的硬基底表面都顯示了高的黏附強度和黏附開關比，薄層smp黏附材料還對柔性紡織品顯示了很好的形狀和彎曲雙適應以及強的黏附接觸。然而，為了實現黏附開狀態，必須先主動升溫至遠高于smp玻璃轉變溫度(tg)時的
3、上述現有技術至少存在以下缺陷：(1)基于單一刺激方式的開關黏附技術無法同時具備高黏附強度、大黏附開關比和短開關時間；(2)基于形狀記憶和變剛度特性的開關黏附技術在宏觀尺度的黏附開關時間和黏附開關周期均較長，黏附開關響應慢；(3)黏附關時的黏附性能難以達到0水平，這使黏附開關比不太大。
技術實現思路
1、為了克服現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種快速的開關黏附調控方法及基于此的應用。
2、為了達到上述目的，本專利技術采取的技術方案為：
3、本專利技術首先提供一種快速的開關黏附調控方法，包括以下步驟：
4、步驟1：制備開關黏附件；
5、所述開關黏附件包括一個黏附層和一個刺激模塊，所述刺激模塊用于對黏附層施加刺激進而調控黏附層的溫度；
6、所述黏附層具有相變特征，在相轉變溫度ttrans附近的相變區具有強的粘彈性，ttrans不低于室溫。相變區的溫度范圍可通過動態熱機械分析(dma)方法確定，相轉變溫度可通過差示掃描量熱儀(dsc)或動態熱機械分析(dma)方法確定。
7、步驟2：通過黏附測試確定溫度t時的第一臨界拉開速率vc1和第二臨界拉開速率vc2；
8、所述溫度t不低于ttrans-10℃，且位于所述黏附層的相變區，使黏附層具有強的粘彈性；
9、在所述溫度t通過所述黏附測試獲得所述黏附層在不同拉開速率下的黏附力，黏附力與拉開速率之間存在如下變化規律：黏附力隨拉開速率的增大逐漸增大至峰值黏附力，然后隨拉開速率的繼續增大逐漸從峰值黏附力降低至0；
10、所述第一臨界拉開速率vc1對應峰值黏附力，所述第二臨界拉開速率vc2對應0黏附力；
11、所述第二臨界拉開速率vc2明顯高于第一臨界拉開速率vc1；而且隨溫度t升高黏附層的粘彈性呈減弱趨勢，vc1和vc2隨t增大而整體增大。
12、步驟3：溫度t時使開關黏附件與被黏物形成良好接觸，以第一臨界拉開速率vc1卸載和拉開開關黏附件，實現黏附開啟。
13、步驟4：溫度t時使開關黏附件與被黏物形成良好接觸，以第二臨界拉開速率vc2卸載和拉開開關黏附件，實現黏附關閉。
14、優選地，步驟1中用于制備所述黏附層的材料包括但不限于響應性無定形或半晶態聚合物、水凝膠、液晶彈性體、液態金屬及其與其他功能材料形成的復合材料等中的至少一種，只要滿足步驟1中ttrans不低于室溫的要求，同時滿足步驟2中黏附力與拉開速率之間存在的變化規律，即可用于作為制備所述黏附層的材料。
15、再優選地，步驟1中所述黏附層的表面為光滑或具有仿生微結構陣列。
16、優選地，步驟1中所述刺激模塊采用可調控黏附層溫度的直接或間接刺激方式，包括但不限于光、熱、電或磁等方式中的一種。
17、優選地，步驟2中所述黏附測試包括接觸黏附測試、剝離測試、拉伸測試、搭接剪切測試和爆破壓力測試等中的至少一種，開展所述黏附測試時，固定其他測試參數，僅改變拉開速率。
18、本專利技術進一步提供一種上述開關黏附調控方法的應用，包括如下步驟：
19、步驟1：通過刺激模塊施加刺激，使黏附層的溫度達到t并保持，此時黏附層具有強的粘彈性。
20、步驟2：使黏附層與供者基底表面的被黏物形成良好接觸。
21、步驟3：以第一臨界拉開速率vc1卸載和拉開開關黏附件，使黏附開啟，實現將被黏物穩定拾起。
22、步驟4：將被黏物轉移至目標基底表面的特定位置，使黏附層表面的被黏物與目標基底形成良好接觸。
23、步驟5：以第二臨界拉開速率vc2卸載和拉開開關黏附件，使黏附關閉，實現將被黏物輕松釋放到目標基底表面。
24、優選地，所述被黏物可以是一維、二維或三維的固體，可以具有不同的形狀、尺寸和材質，可以具有干或濕的光滑或粗糙表面。
25、優選地，步驟2中所述供者基底和步驟4中所述目標基底的材質可為剛性或柔性。
26、再優選地，步驟4中所述目標基底具有規則或不規則的平表面或曲表面。
27、優選地，步驟2至步驟5中可通過手動或自動方式進行所述開關黏附件對被黏物的拾起、轉移和釋放操作。
28、本專利技術與現有技術相比，具有以下優點和突出性效果：
29、本專利技術利用黏附層材料在其相變溫度ttrans附近相轉變區的強粘彈性和黏附性能對拉開速率強且獨特的依賴特征，在恒定的溫度下，通過調節拉開速率即可實現對開關黏附的快速調控。在卸載和拉開過程中，采用第一臨界拉開速率vc1可實現顯著黏附增強，黏附強度達到700kpa，而采用第二臨界拉開速率vc2可使黏附減弱至0水平，這使黏附開關比趨于無窮大。由于黏附開啟(對應強黏附)和關閉(對應0黏附)在恒定的溫度下就實現本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種快速的開關黏附調控方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種快速的開關黏附調控方法，其特征在于：步驟1中用于制備所述黏附層的材料滿足步驟1中Ttrans不低于室溫的要求，同時滿足步驟2中黏附力與拉開速率之間存在的變化規律。
3.如權利要求1所述的一種快速的開關黏附調控方法，其特征在于：步驟1中用于制備所述黏附層的材料包括響應性無定形或半晶態聚合物、水凝膠、液晶彈性體、液態金屬及其與其他功能材料形成的復合材料中的至少一種。
4.如權利要求1所述的一種快速的開關黏附調控方法，其特征在于：步驟1中所述黏附層的表面為光滑或具有仿生微結構陣列。
5.如權利要求1所述的一種快速的開關黏附調控方法，其特征在于：步驟1中所述刺激模塊采用可調控黏附層溫度的一種直接或間接刺激方式，包括光、熱、電或磁中的一種。
6.如權利要求1所述的一種快速的開關黏附調控方法，其特征在于：步驟2中所述黏附測試包括接觸黏附測試、剝離測試、拉伸測試、搭接剪切測試和爆破壓力測試中的至少一種，黏附測試時，固定其他測試參數，僅改變拉開速率。<...
【技術特征摘要】
1.一種快速的開關黏附調控方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種快速的開關黏附調控方法，其特征在于：步驟1中用于制備所述黏附層的材料滿足步驟1中ttrans不低于室溫的要求，同時滿足步驟2中黏附力與拉開速率之間存在的變化規律。
3.如權利要求1所述的一種快速的開關黏附調控方法，其特征在于：步驟1中用于制備所述黏附層的材料包括響應性無定形或半晶態聚合物、水凝膠、液晶彈性體、液態金屬及其與其他功能材料形成的復合材料中的至少一種。
4.如權利要求1所述的一種快速的開關黏附調控方法，其特征在于：步驟1中所述黏附層的表面為光滑或具有仿生微結構陣列。
5.如權利要求1所述的一種快速的開關黏附調控方法，其特征在于：步驟1中所述刺激模塊采用可調控黏附層溫度的一種直接或間接刺激方式，包括光、熱、電或磁中的一種。
<...【專利技術屬性】
技術研發人員：宮嶺，
申請(專利權)人：常州先進制造技術研究所，
類型：發明
國別省市：
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