Conformal Adhesion Enhancement on Biomimetic Microstructured Surfaces

粘附 材料科学 胶粘剂 弹性体 复合材料 纳米技术 聚合物 表面能 范德瓦尔斯力 粘弹性 分层(地质) 消散 图层(电子) 化学 分子 物理 古生物学 热力学 生物 有机化学 构造学 俯冲
作者
Hamed Shahsavan,Boxin Zhao
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:27 (12): 7732-7742 被引量:59
标识
DOI:10.1021/la200893n
摘要

Inspired by the superior adhesive ability of the gecko foot pad, we report an experimental study of conformal adhesion of a soft elastomer thin film on biomimetic micropatterned surfaces (micropillars), showing a remarkable adhesion enhancement due to the surface patterning. The adhesion of a low-surface-energy poly(dimethylsiloxane) tape to a SU-8 micropatterned surface was found be able to increase by 550-fold as the aspect ratio increases from 0 to 6. The dependency of the adhesion enhancement on the aspect ratio is highly nonlinear. A series of peeling experiment coupled with optical interference imaging were performed to investigate the adhesion enhancement as a function of the height of the micropillars and the associated delamination mechanisms. Local elastic energy dissipation, side-wall friction, and plastic deformations were analyzed and discussed in terms of their contributions to the adhesion enhancement. We conclude that the local adhesion and friction events of pulling micropillars out of the embedded polymer film play a primary role in the observed adhesion enhancement. The technical implications of this local friction-based adhesion enhancement mechanism were discussed for the effective assembly of similar or dissimilar material components at small scales. The combined use of the micro/nanostructured surfaces with the van der Waals interactions seem to be a potentially more universal solution than the conventional adhesive bonding technology, which depends on the chemical and viscoelastic properties of the materials.
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