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《仿生机械与仿生制造》

课程报告

在固体上调控液体的摩擦力和粘附力

（Switching stiction and adhesion of a liquid on a solid）

Nature 534, 676–679 (30 June 2016)

Stijn F. L. Mertens1,2, Adrian Hemmi3*, Stefan Muff3, Oliver Gr?ning4, Steven De Feyter1, Jürg

Osterwalder3 & Thomas Greber3

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文章背景：利用了摩擦力和粘附力的壁虎可以在天花板上移动。静摩擦力与动摩擦力和粘

附力存在联系。粘附力、静摩擦力、滑动摩擦力通常只是依据经验去解释。更详细的理解这些概念将有助于微/纳机电设备的制造。作者在本文详细解释了在铑的六方氮化硼单层膜上液滴的摩擦力和粘附力之间的关系。

实验部分：测量两个不同部分的固液接触角；测试无氢插层的波纹状态和插层诱导平坦态。

采用不同的电化学电位，样品的静摩擦力和粘附力可以实现可逆转换（使氢原子被插入或移除）。

文章结论：粘附力的变化可以归因于平面内双纳米偶极环的横向电场的变化（因为这种变

化不能够被wenzel模型表面粗糙度的改变来解释）。尽管粘附力的变化可以用本文研究的系统来计算，但是用从头计算(ab initio)方法来确定在这种固液界面上的静摩擦是不可能的。六方氮化硼与铑的无机杂化物非常稳定，代表了一类新型可切换表面，可应用于粘附，摩擦和润滑的研究。除了粘着和摩擦的领域，电化学氢嵌入可用于获得独立的氮化硼层或者在完全透明的单原子层慢化剂下稳定地限制氚。

亮点图片：

图g：平面的三维表示（左）和波纹h-BN层（右）。N，天蓝色；B，粉红色；RH，深灰色；H，白色。(为了清晰起见，Rh顶层以上的N和B的高度已经被拉伸了3倍。)

动态接触角测量。 a，左（橙色）和右（红色）接触角（右轴），以及作为时间函数的降落足迹（直径2r;灰色，左轴）。 右侧显示100 mV（波形状态;由左侧画面上的圆圈点表示）的前进（1）和后退（2）下降的图片。b，左（深蓝色）和右（浅蓝色）接触角和下降的脚印作为时间的函数。 在-350mV（扁平状态;由左图中的圆圈点表示）中的前进（3）和后退（4）下降的图片。

润湿角滞后和粘附力分析：一滴水的前进（左侧）和后退（右侧）的图像（如果摩擦引起的横向张力超过阈值的迟滞）。杨氏方程的平衡角θ0依赖于θa和θr；γs 、γLS 、γL分别对应的固体气、液-固和液-气界面能。