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壁虎拥有杰出的黏附爬行能力,对不同粗糙度、洁净度及倾斜度的接触表面具有良好的适应性。壁虎脚趾腹面密布的微纳米层级结构刚毛,以其末端纳米级匙突结构与表面紧密接触,产生微弱范德华力并汇聚成宏观黏附力,使壁虎黏附系统具有高强黏附、易脱附、自清洁、可重复黏附等优异性能,成就壁虎飞檐走壁的独特技能。因此,模仿壁虎刚毛的层级微纳结构,研制具有优异黏附性能的仿壁虎黏附材料,对提高仿壁虎爬壁机器人的爬壁性能及空间环境下固体间的黏附作业具有重要意义。垂直定向排列碳纳米管阵列(VACNT),能够通过自组织生长形成微纳米尺度刚毛阵列结构,不仅与壁虎刚毛尺度接近,还能够和不同粗糙度的表面接触,产生范德华力并展现宏观黏附力。VACNT不但具有良好的力学、电学、光学、热学性能以及化学稳定性,还能够适应高低温及真空等特殊环境,在空间环境中具有应用价值,因此成为制备仿壁虎黏附材料的重要基材。本论文主要工作包括:制备柔性结构VACNT、测试VACNT宏观黏附性能、发展VACNT高度可控制备工艺并研究生长机理、研制具有超疏水自清洁表面的图案化VACNT、验证VACNT及其增强高分子复合材料在模拟空间环境下的黏附性能。其中主要的研究内容和相关结论简介如下:(1)通过化学气相沉积法,制备高度在400-800μmVACNT仿壁虎黏附阵列。探讨主要工艺参数对VACNT生长的影响及生长机制;通过热氧化辅助法,将VACNT转移至柔性聚合物基底,使VACNT与聚合物基底的界面结合强度相比硅生长基底增加13-15倍,从而提高黏附结构稳定性,并展现出动态自清洁特性。(2)建立VACNT宏观黏附强度测试方法,对转移前后VACNT的黏附性能进行测试。转移后VACNT切向黏附强度达49N/cm2,黏压比μ*达1.225,宏观黏附性能相比未转移的VACNT获得显著提高。使用黏附-脱附行为测试平台在程序控制运动轨迹下对VACNT的黏附-脱附行为进行测试,在28N/cm2预压力下,VACNT与接触界面沿法向和切向宏观黏附强度分别达到6.02N/cm2和25.55N/cm2。(3)通过乙醇辅助、双温区CVD工艺实现超长VACNT(~7mm)的快速生长,最高生长速率达280μm/min;使用无碳源气氛通入的CVD工艺制备超短VACNT(<200μm),使宏观切向黏附强度增加至61.25N/cm2,黏压比达1.53;模仿壁虎脚趾皮瓣及刚毛束形态结构,结合光刻技术和CVD工艺,设计并制备圆柱状和皮瓣状的图案化VACNT,并获得具有超疏水自清洁特性(接触角>150°,滚动角<5°)的表面结构形貌。(4)模拟空间环境的两种主要影响因素:真空及高温,对VACNT及其增强聚二甲基硅氧烷(PDMS/CNT)复合材料在此环境下的摩擦黏附行为、黏附强度进行测试。结果表明在真空环境下,VACNT和PDMS/CNT的摩擦黏附行为能够与大气环境中保持一致,PDMS/CNT的摩擦黏附强度较大气环境下有所提升,VACNT的摩擦黏附强度则不受影响。在大气和真空环境下,两种黏附材料都展现出良好的黏附可重复性;在热真空环境下,VACNT和PDMS/CNT都能稳定维持与大气环境持平的法向和切向黏附强度及稳定性(0.5N/cm2,黏附保持时间>30min)。