微/纳米生物摩擦学-大自然的选择PDF电子书下载

1引言 3

2微／纳米摩擦学的物理原理 6

2.1 基本定义 6

2.2模型材料 8

2.3力学性能 9

2.3.1粗糙度 9

2.3.2 弹性体 11

2.3.3粘弹性体 11

2.3.4接触力学 13

2.4粘着 17

2.4.1 分子力 20

2.4.2静电力 21

2.4.3毛细作用力 24

2.5 润滑 27

2.5.1简单液体试验 28

2.5.2简单液体仿真 30

2.5.3水的整体性能 31

2.5.4水的分子膜特性 33

2.5.5 润滑和水膜厚度 36

2.5.6固体润滑 41

2.6摩擦 41

2.6.1 宏观粘／滑 43

2.6.2微观粘／滑 44

2.6.3 纳米粘／滑 47

2.6.4粘／滑与滑动速度 48

2.6.5摩擦与滑动速度 50

2.6.6摩擦与温度、湿度 54

2.6.7摩擦与接触几何 55

2.6.8 法向力的函数关系 57

2.6.9振动 59

2.7.1 微观范围的磨损 61

2.7.2纳米范围的磨损 61

2.7磨损 61

2.7.3有机单分子层的磨损 62

第二部分生物摩擦系统 62

3生物的摩擦和粘附系统 67

3.1 生物粘附 67

3.2减少摩擦的系统 68

3.2.1流体和摩擦 68

3.2.2关节和关节软骨 71

3.2.3肌结缔组织 76

3.3增加摩擦的系统 79

3.3.1 植物表面复制机制 79

3.3.3 山涧鱼的粘附结构 80

3.3.2硬骨鱼类的卵丝 80

3.3.4鱼棘中的摩擦 81

3.3.5蜥蜴垫的移动粘附 82

3.3.6灵长类动物表皮 84

3.3.7蛇鳞摩擦表面 84

3.3.8寄生虫及植物孢子的互锁 85

3.3.9 鸟羽毛的互锁装置 85

3.4粘附介质 87

3.4.1 粘结剂的高分子设计 87

3.5粘附增加系统 88

3.4.2偶联剂 88

3.5.1 细胞粘附 89

3.5.2无脊椎动物 90

3.5.3软体动物足丝粘附 93

3.5.4海星管脚 94

3.5.5软体无脊椎动物的动态粘附 96

3.5.6藤壶的粘附 97

3.5.7 昆虫和蜘蛛的持久粘附 98

3.5.8 水蚤甲壳类动物的临时粘附 99

3.5.9 鱼类和海鞘类脊索动物的幼虫粘附 99

3.5.10树蛙粘附 99

3.5.11 蝙蝠粘附 101

3.5.12植物 102

3.5.13牙齿表面的粘附 102

3.6抗粘附机制 104

3.6.1 植物 104

3.6.2动物 105

4昆虫的摩擦装置 107

4.1 昆虫附着装置的原理 107

4.2 昆虫表皮——材料的超微结构 108

4.3 具有两互补表面的系统 110

4.3.1 蜻蜓头部制动系统 110

4.3.2 翼锁装置 111

4.3.3 昆虫的掣爪肌器官 113

4.3.4草蜻蛉的基节互锁机构 114

4.3.5跳蝉的基节互锁机构 114

4.4一种适应性强的表面系统 115

4.4.1 表面特征 116

4.4.2爪垫材料的超微结构 118

4.4.3 附着爪垫的其他两种样式 119

4.5 外表皮的分泌物 121

第三部分试验设备 121

5.1.1 力的测试 127

5微观测试设备 127

5.1 微摩擦试验仪 127

5.1.2微牛顿级的弹力 128

5.1.3球的选择 129

5.1.4基于干涉计的摩擦试验仪 129

5.1.5 基于光纤光学系统的微摩擦试验仪 131

5.1.6 生物微摩擦试验仪 133

5.1.7数据分析 134

5.2微观力学性能分析 136

5.2.1 硬度测量 136

5.2.2划痕测试 137

5.2.3接触角测量 138

5.2.4轮廓仪 139

5.2.5润滑油分析 140

5.3 相关的表面科学技术 141

5.3.1 光电子能谱 141

5.3.2俄歇电子能谱 143

5.3.3红外光谱 144

5.3.4低能量电子衍射 145

6.1 扫描隧道显微镜 148

6.1.1工作原理 148

6纳米探针技术 148

6.1.2恒电流方式／恒高方式 150

6.1.3 隧道谱 150

6.1.4水合扫描隧道显微镜 151

6.2 AFM 152

6.2.1 工作原理 152

6.2.2接触模式 153

6.2.3轻敲模式 154

6.2.4非接触模式 155

6.2.5力的调制 155

6.3.1探针与分子间的力 156

6.3选择结果 156

6.3.2纳米级摩擦磨损 157

6.3.3纳米压痕测试 158

7显微镜技术 160

7.1 显微镜技术原理 161

7.1.1 光学显微镜 161

7.1.2相衬显微镜 162

7.1.3干涉显微镜 162

7.1.4偏振光显微镜 163

7.1.6透射电镜 164

7.1.7扫描电镜 164

7.1.5荧光显微镜 164

7.2试样准备过程 166

7.2.1 固定 166

7.2.2包埋 168

7.2.3切片 168

7.2.4组织着色 169

7.2.5组织化学 170

7.2.6透射电镜的对比度技术 170

7.2.7临界点干燥 171

7.2.9低温切断与冷冻切断 172

7.2.8冷冻干燥 172

7.2.10冷冻置换法 173

7.3用于表面表征的显微镜方法 174

7.4研究材料结构的专用技术 176

7.4.1 微观突起的超结构 176

7.4.2孔道 180

7.4.3 接触区的液体 180

7.4.4纤维复合物的材料特性 182

第四部分实例研究 182

8试样、试样制备和试验装置 187

8.1 一种生物微系统 188

8.2试样老化 190

9实例研究Ⅰ：压痕和粘着 192

9.1测试过程 192

9.2压痕 193

9.3附着 197

9.3.1 附着过程 197

9.3.2分离过程 199

9.3.3分泌物的粘着特性 199

10实例研究Ⅱ：摩擦 203

10.1 试验装置 203

10.2试验结果 204

10.2.1 负荷决定性和摩擦滞后 205

10.2.2摩擦的各向异性与内部结构 207

11实例研究Ⅲ：材料性能 209

11.1弹性 209

11.2粘弹性 210

12展望 213

附录附录A接触模型 215

附录B毛细作用理论 217

附录C词汇表 219

附录D符号表 228

参考文献 231