生物体表随着数万年的不断进化发展出了许多独特的微结构来改变或增强环境适应能力。例如，鲨鱼皮表面微结构的防污和减阻功能；荷叶表面微结构的疏水性能等。现有研究发现，这类结构往往是不对称结构，且由于材料性能的不同和结构间距离的差异性，往往由于结构变形导致摩擦不对称性的出现。例如，壁虎的刚毛结构在顺滑方向上具有较大的粘附力，而在相反方向粘附力为零。这一微结构空间变化导致的摩擦不对称性为表面结构设计带来了灵感。

斯坦福大学的Srinivasan团队将结构空间变化设计理念运用到粘合剂中，并设计了具有单向摩擦功能的粘合剂。采用楔形微结构，设计了空间可变的粘合剂。若为均匀楔形微结构（楔形的高度相同），两个滑动方向上接触面积差距不大，摩擦性能接近。若为如图1所示的空间可变微结构，楔形的高度逐渐增加，在凹槽处具有最高的楔形高度。顺向滑动时楔形结构可发生弯曲以使正面与基体完全接触，增加接触面积来提升粘附力和摩擦力；通过调整楔形微结构的几何参数，即最高楔形的偏移量和斜面半角，在反向滑动时，可使凹槽处最高的楔形结构发生较大翻转，比其他楔形结构高，防止与基板接触，减少摩擦面积。在正向滑动时具有较大的粘附力；反向滑动时有最小的粘附力，实现了摩擦不对称性。

实现非对称摩擦的另一种方法是创建均匀的结构但非对称的特征。文章中在均匀楔形微结构加入粗糙度来改变摩擦性能，并与空间可变楔形微结构和光滑均匀楔形微结构的摩擦性能进行比较。结果表明，三种结构摩擦性能在顺向方向接近，反向时空间可变楔形微结构最小，其次是粗糙的均匀楔形微结构。这是由于空间可变楔形微结构在反向滑动时，凹槽处最高楔形微结构的翻转导致了整体接触面积较小。而粗糙均匀楔形微结构虽然利用粗糙表面降低了整体接触面积，但降低范围有限。说明空间可变楔形微结构具有较高的各向异性摩擦调控能力。

本文利用楔形微结构的高度和间隙实现了不同滑动方向下显著的摩擦不对称性，通过结构变形来改变接触面积，为设计提供了较好的思路。这一方式也可应用于刚毛结构的单向摩擦设计中：对于变截面刚毛结构，不同下压深度导致有效接触长度发生变化，从而导致实际的接触面积发生变化。对于不同滑动方向，这一摩擦性能的变化随着接触面积的改变显著变化。

图1两种楔形微结构：(a-d)均匀楔形微结构；(e-h)空间变异楔形微结构；(b)(f)顺向滑动；(c)(g)反向滑动；(d)(h)两方向接触面积比较。

图2剪切应力随法向应力的变化：（a）顺向滑动时三种楔形微结构比较；（b）逆向滑动时三种楔形微结构比较。

图3两种滑动方向下真实接触面积比较，蓝色为均匀楔形微结构，橘色为空间变异楔形微结构。

相关研究论文“Spatiallyvariantmicrostructuredadhesivewithone-wayfriction”已发表在《JournalofTheRoyalSocietyInterface》。

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