用于软体抓取中动态干粘附调控的低熔点合金（LMPA）/聚合物复合材料微结构设计
应用物理
2020-02-20 v1 材料科学
摘要
可调干粘附是柔性操控中的关键机制。主要由粘附复合材料与待抓取物体间范德华力产生的抓取力，可通过外部刺激可逆地改变复合材料物理属性（如刚度）来调控。最大抓取力 Fmax 及其可调性除其他因素外，取决于抓取界面上的应力分布及其（脱离过程中的）断裂动力学，而后者由复合材料微结构决定。在此，我们提出一个计算框架，用于建模和设计一类含多孔低熔点合金（LMPA）相与聚合物相的二元智能复合材料，以实现期望的动态可调干粘附。具体而言，我们采用空间相关函数量化、建模和表示复合材料复杂的双连续微结构，并借此利用随机优化生成广泛谱线的真实虚拟 3D 复合材料微结构。随后采用近期开发的体补偿格子-粒子（VCLP）方法建模动态界面断裂过程，以计算不同复合材料微结构的 Fmax。我们聚焦于该复合材料实现的干粘附调控的界面缺陷调控（IDT）机制，其中 LMPA 相因焦耳热产生的热膨胀在粘附界面引发微裂纹，随后因界面断裂导致夹爪与被抓物体脱离。我们发现，在所研究的微结构中，最优微结构可在 LMPA 相热膨胀前后实现 Fmax 的 10 倍动态调控。我们的计算结果为 LMPA-聚合物复合材料的实验制备提供了宝贵指导。
引用
@article{arxiv.2002.07882,
title = {Microstructure Design of Low-Melting-Point Alloy (LMPA)/ Polymer Composites for Dynamic Dry Adhesion Tuning in Soft Gripping},
author = {Yaopengxiao Xu and Pei-En Chen and Wenxiang Xu and Yi Ren and Wanliang Shan and Yang Jiao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.07882},
year = {2020}
}
备注
23 pages, 9 figures