微/纳米生物摩擦学——大自然的选择

  第一部分基础与物理工具
1  引言
2  微／纳米摩擦学的物理原理
  2.1  基本定义
  2.2  模型材料
  2.3  力学性能
  2.3.1  粗糙度
  2.3.2  弹性体
  2.3.3  粘弹性体
  2.3.4  接触力学
  2.4  粘着
  2.4.1  分子力
  2.4.2  静电力
  2.4.3  毛细作用力
  2.5  润滑
  2.5.1  简单液体试验
  2.5.2  简单液体仿真
  2.5.3  水的整体性能
  2.5.4  水的分子膜特性
  2.5.5  润滑和水膜厚度
  2.5.6  固体润滑
  2.6  摩擦
  2.6.1  宏观粘／滑
  2.6.2  微观粘／滑
  2.6.3  纳米粘／滑
  2.6.4  粘／滑与滑动速度
  2.6.5  摩擦与滑动速度
  2.6.6  摩擦与温度、湿度
  2.6.7  摩擦与接触几何
  2.6.8  法向力的函数关系
  2.6.9  振动
  2.7  磨损
  2.7.1  微观范围的磨损
  2.7.2  纳米范围的磨损
  2.7.3  有机单分子层的磨损
  第二部分  生物摩擦系统
3  生物的摩擦和粘附系统
  3.1  生物粘附
  3.2  减少摩擦的系统
  3.2.1  流体和摩擦
  3.2.2  关节和关节软骨
  3.2.3  肌结缔组织
  3.3  增加摩擦的系统
  3.3.1  植物表面复制机制
  3.3.2  硬骨鱼类的卵丝
  3.3.3  山涧鱼的粘附结构
  3.3.4  鱼棘中的摩擦
  3.3.5  蜥蜴垫的移动粘附
  3.3.6  灵长类动物表皮
  3.3.7  蛇鳞摩擦表面
  3.3.8  寄生虫及植物孢子的互锁
  3.3.9  鸟羽毛的互锁装置
  3.4  粘附介质
  3.4.1  粘结剂的高分子设计
  3.4.2  偶联剂
  3.5  粘附增加系统
  3.5.1  细胞粘附
  3.5.2  无脊椎动物
  3.5.3  软体动物足丝粘附
  3.5.4  海星管脚
  3.5.5  软体无脊椎动物的动态粘附
  3.5.6  藤壶的粘附
  3.5.7  昆虫和蜘蛛的持久粘附
  3.5.8  水蚤甲壳类动物的临时粘附
  3.5.9  鱼类和海鞘类脊索动物的幼虫粘附
  3.5.10  树蛙粘附
  3.5.11  蝙蝠粘附
  3.5.12  植物
  3.5.13  牙齿表面的粘附
  3.6  抗粘附机制
  3.6.1  植物
  3.6.2  动物
4  昆虫的摩擦装置
  4.1  昆虫附着装置的原理
  4.2  昆虫表皮——材料的超微结构
  4.3  具有两互补表面的系统
  4.3.1  蜻蜓头部制动系统
  4.3.2  翼锁装置
  4.3.3  昆虫的掣爪肌器官
  4.3.4  草蜻蛉的基节互锁机构
  4.3.5  跳蝉的基节互锁机构
  4.4  一种适应性强的表面系统
  4.4.1  表面特征
  4.4.2  爪垫材料的超微结构
  4.4.3  附着爪垫的其他两种样式
  4.5  外表皮的分泌物
  第三部分  试验设备
5  微观测试设备
  5.1  微摩擦试验仪
  5.1.1  力的测试
  5.1.2  微牛顿级的弹力
  5.1.3  球的选择
  5.1.4  基于干涉计的摩擦试验仪
  5.1.5  基于光纤光学系统的微摩擦试验仪
  5.1.6  生物微摩擦试验仪
  5.1.7  数据分析
  5.2  微观力学性能分析
  5.2.1  硬度测量
  5.2.2  划痕测试
  5.2.3  接触角测量
  5.2.4  轮廓仪
  5.2.5  闰滑油分析
  5.3  相关的表面科学技术
  5.3.1  光电子能谱
  5.3.2  俄歇电子能谱
  5.3.3  红外光谱
  5.3.4  低能量电子衍射
6  纳米探针技术
  6.1  扫描隧道显微镜
  6.1.1  工作原理
  6.1.2  恒电流方式／恒高方式
  6.1.3  隧道谱
  6.1.4  水合扫描隧道显微镜
  6.2  AFM
  6.2.1  工作原理
  6.2.2  接触模式
  6.2.3  轻敲模式
  6.2.4  非接触模式
  6.2.5  力的调制
  6.3  选择结果
  6.3.1  探针与分子间的力
  6.3.2  纳米级摩擦磨损
  6.3.3  纳米压痕测试
7  显微镜技术
  7.1  显微镜技术原理
  7.1.1  光学显微镜
  7.1.2  相衬显微镜
  7.1.3  干涉显微镜
  7.1.4  偏振光显微镜
  7.1.5  荧光显微镜
  7.1.6  透射电镜
  7.1.7  扫描电镜
  7.2  试样准备过程
  7.2.1  固定
  7.2.2  包埋
  7.2.3  切片
  7.2.4  组织着色
  7.2.5  组织化学
  7.2.6  透射电镜的对比度技术
  7.2.7  临界点干燥
  7.2.8  冷冻干燥
  7.2.9  低温切断与冷冻切断
  7.2.10  冷冻置换法
  7.3  用于表面表征的显微镜方法
  7.4  研究材料结构的专用技术
  7.4.1  微观突起的超结构
  7.4.2  孔道
  7.4.3  接触区的液体
  7.4.4  纤维复合物的材料特性
  第四部分  实例研究
8  试样、试样制备和试验装置
  8.1  一种生物微系统
  8.2  试样老化
9  实例研究I：压痕和粘着
  9.1  测试过程
  9.2  压痕
  9.3  附着
  9.3.1  附着过程
  9.3.2  分离过程
  9.3.3  分泌物的粘着特性
10  实例研究Ⅱ：摩擦
  10.1  试验装置
  10.2  试验结果
  10.2.1  负荷决定性和摩擦滞后
  10.2.2  摩擦的各向异性与内部结构
11  实例研究Ⅲ：材料，哇能
  11.1  弹性
  11.2  粘弹性
12  展望
附录
附录A  接触模型
附录B  毛细作用理论
附录C  词汇表
附录D  符号表
参考文献