微间隙受限液体行为与昆虫爪垫在光滑壁面的粘着机理

自然界中许多昆虫通过分泌一层油性液体薄膜实现其爪垫表皮和光滑壁面之间粘附和解粘附,从而实现在光滑壁面上的快速爬行.为了揭示昆虫爪垫与光滑壁面间微量液体薄膜对生物粘着的意义,基于自行研制的粘着接触实验仪,采用微量的[emim][Tf2N]离子液体和聚α烯烃油,观测其受限在纳米级光滑钢球表面与玻璃表面之间的接触行为以及法向粘着力.实验发现,临界体积(10-12—10-9L)范围内的受限液滴达到临界厚度(小于2μm)后会出现自动铺展和瞬时收缩行为,并同时提供幅值稳定且数值相当大的法向粘着力.这一现象与液桥弯月面的毛细作用有本质区别,受限液体薄膜表现出一定的类固化特征.基于这一现象,昆虫通过控制爪垫与壁面间受限液体的膜厚或液体量,就可以控制爪垫与光滑壁面粘着应力的大小(由0.45mPa减小到0mPa左右),从而实现稳固的粘附和快速的解粘附.微间隙受限液体的粘着行为研究可以为昆虫爪垫粘着机理及相关的仿生技术提供物理基础.