指甲的微觀力學(xué)和摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、指甲具有保護(hù)指尖、搜索和抓緊等功能，這些功能的實(shí)現(xiàn)依賴于指甲的結(jié)構(gòu)和性能。然而，在實(shí)現(xiàn)這些功能的同時(shí)，指甲也承受到大量不同程度的變形和損傷。此外，水對(duì)指甲的性能有重要影響，同時(shí)也是其變形恢復(fù)的重要因素。因此，研究指甲的微觀力學(xué)和摩擦學(xué)性能并考察水對(duì)上述性能的影響規(guī)律，不僅可以豐富生物摩擦學(xué)的理論知識(shí)，研究結(jié)果也對(duì)指甲的護(hù)理和仿生復(fù)合材料的研制具有重要的參考價(jià)值。
　　 本文首先利用掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜儀(EDX)分析了

2、指甲的微觀結(jié)構(gòu)和成分，進(jìn)而利用顯微硬度儀、納米壓痕/劃痕儀(NHT/NST)和光學(xué)顯微鏡(OM)，深入研究了指甲的微觀力學(xué)和摩擦學(xué)性能以及變形恢復(fù)特性，并通過與雞爪角蛋白進(jìn)行對(duì)比，初步探討了微觀結(jié)構(gòu)和水對(duì)于指甲性能的影響。通過研究，本文獲得主要結(jié)論如下：
　　 1.水對(duì)指甲的力學(xué)性能有很大影響。水合條件下指甲的硬度較低，伴隨著水合指甲中水分的蒸發(fā)，指甲的顯微硬度在最初100 min內(nèi)迅速增大，200 min后達(dá)到穩(wěn)定值。

3、　　 最后，處于完全干燥狀態(tài)的指甲的顯微硬度達(dá)到水合狀態(tài)下的2～3倍。另外，指甲的硬度在不同的方向上也表現(xiàn)出明顯的各向異性，在完全干燥狀態(tài)下，表面和橫截面樣品的顯微硬度分別為156 MPa和205 MPa。
　　 2.由于指甲中間層中纖維的特殊排布取向，指甲橫截面的摩擦系數(shù)表現(xiàn)出各向異性。無論是干燥樣品還是水合樣品，平行于纖維方向的摩擦系數(shù)都比垂直于纖維方向的低，但是前者的真實(shí)損傷比后者更嚴(yán)重。指甲中的水分由于降低了指甲的硬度

4、，使劃痕寬度增大，但是能夠減小指甲表面摩擦力的波動(dòng)，同時(shí)保護(hù)指甲表面免受劃痕損傷。指甲油和護(hù)甲油在一定程度上能夠保護(hù)指甲，但表現(xiàn)出較高的劃痕摩擦系數(shù)。
　　 3.水對(duì)于保護(hù)指甲具有重要的作用。由于指甲的基質(zhì)溶脹和纖維回彈，浸泡在水中10min以內(nèi)，指甲的壓痕和劃痕變形均可恢復(fù)。相對(duì)于法向力，切向力更容易使指甲發(fā)生破壞。指甲不同截面上的變形恢復(fù)表現(xiàn)出明顯的各向異性。表面上壓痕和劃痕的恢復(fù)速度最快，而縱截面上的最慢。