微/納米生物摩擦學(xué)——大自然的選擇

  第一部分基礎(chǔ)與物理工具
1  引言
2  微／納米摩擦學(xué)的物理原理
  2.1  基本定義
  2.2  模型材料
  2.3  力學(xué)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(xué)
  2.4  粘著
  2.4.1  分子力
  2.4.2  靜電力
  2.4.3  毛細(xì)作用力
  2.5  潤(rùn)滑
  2.5.1  簡(jiǎn)單液體試驗(yàn)
  2.5.2  簡(jiǎn)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(rùn)滑和水膜厚度
  2.5.6  固體潤(rùn)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(dòng)速度
  2.6.5  摩擦與滑動(dòng)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(guān)系
  2.6.9  振動(dòng)
  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(jī)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(guān)節(jié)和關(guān)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(fù)制機(jī)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(dòng)粘附
  3.3.6  靈長(zhǎng)類動(dòng)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(shè)計(jì)
  3.4.2  偶聯(lián)劑
  3.5  粘附增加系統(tǒng)
  3.5.1  細(xì)胞粘附
  3.5.2  無(wú)脊椎動(dòng)物
  3.5.3  軟體動(dòng)物足絲粘附
  3.5.4  海星管腳
  3.5.5  軟體無(wú)脊椎動(dòng)物的動(dòng)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(dòng)物的臨時(shí)粘附
  3.5.9  魚類和海鞘類脊索動(dòng)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(jī)制
  3.6.1  植物
  3.6.2  動(dòng)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(bǔ)表面的系統(tǒng)
  4.3.1  蜻蜓頭部制動(dòng)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(jī)構(gòu)
  4.3.5  跳蟬的基節(jié)互鎖機(jī)構(gòu)
  4.4  一種適應(yīng)性強(qiáng)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(yàn)設(shè)備
5  微觀測(cè)試設(shè)備
  5.1  微摩擦試驗(yàn)儀
  5.1.1  力的測(cè)試
  5.1.2  微牛頓級(jí)的彈力
  5.1.3  球的選擇
  5.1.4  基于干涉計(jì)的摩擦試驗(yàn)儀
  5.1.5  基于光纖光學(xué)系統(tǒng)的微摩擦試驗(yàn)儀
  5.1.6  生物微摩擦試驗(yàn)儀
  5.1.7  數(shù)據(jù)分析
  5.2  微觀力學(xué)性能分析
  5.2.1  硬度測(cè)量
  5.2.2  劃痕測(cè)試
  5.2.3  接觸角測(cè)量
  5.2.4  輪廓儀
  5.2.5  閏滑油分析
  5.3  相關(guān)的表面科學(xué)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(jí)摩擦磨損
  6.3.3  納米壓痕測(cè)試
7  顯微鏡技術(shù)
  7.1  顯微鏡技術(shù)原理
  7.1.1  光學(xué)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(zhǔn)備過(guò)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(xué)
  7.2.6  透射電鏡的對(duì)比度技術(shù)
  7.2.7  臨界點(diǎn)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(fù)合物的材料特性
  第四部分  實(shí)例研究
8  試樣、試樣制備和試驗(yàn)裝置
  8.1  一種生物微系統(tǒng)
  8.2  試樣老化
9  實(shí)例研究I：壓痕和粘著
  9.1  測(cè)試過(guò)程
  9.2  壓痕
  9.3  附著
  9.3.1  附著過(guò)程
  9.3.2  分離過(guò)程
  9.3.3  分泌物的粘著特性
10  實(shí)例研究Ⅱ：摩擦
  10.1  試驗(yàn)裝置
  10.2  試驗(yàn)結(jié)果
  10.2.1  負(fù)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(shí)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(xì)作用理論
附錄C  詞匯表
附錄D  符號(hào)表
參考文獻(xiàn)