蘑菇形微纤毛粘附于刚性基底时的脱附强度
软凝聚态物质
2025-06-27 v1 材料科学
计算工程、金融与科学
应用物理
生物物理
摘要
壁虎等生物纤维状结构所具备的卓越粘附性能,启发了众多合成粘附表面的研发。其中,蘑菇形微纤毛相较于其他几何构型展现出了更高的脱附强度。本研究采用基于 Dugdale 内聚区模型的计算方法,分析了此类微纤毛粘附于刚性基底时的脱附行为。结果给出了完整的脱附曲线,表明无论脱附起始于纤毛边缘还是中心,在载荷控制下分离过程本质上都是不稳定的。我们的研究表明,具有宽而薄的蘑菇帽的纤毛能够有效降低应力集中并促进中心脱附,从而增强粘附性能。然而,中心脱附并非在所有几何构型中都会出现,而边缘脱附则在一定条件下于所有情形中均可发生。此外,我们还考察了纤毛中心处粘附缺陷的影响,发现其会显著降低脱附强度,尤其在无量纲参数 \c{hi} 取较大值时。这些认识有助于优化仿生粘附剂与微结构表面,以服务于各类工程应用。
引用
@article{arxiv.2506.20745,
title = {Pull-off strength of mushroom-shaped fibrils adhered to rigid substrates},
author = {C. Betegón and C. Rodríguez and E. Martínez-Pañeda and R. M. McMeeking},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.20745},
year = {2025}
}