近年来,聚合物基复合材料被广泛应用于仿生爬壁机器人和各类智能机械装备等领域。许多研究都在探讨如何提高材料的粘附性能,如改变聚合物基体,设计多级粘附阵列,加入不同添加物等,并已取得了一定突破。但是,材料的高粘附性带来的是工作过程中难以脱附的难题,降低了材料的使用寿命,如何能对材料的粘附-脱附进行智能控制成为亟待解决的关键问题。磁敏橡胶作为一种新型智能材料,已经被证明了其诸多力学性能能够在磁场作用下迅速产生可逆变化,这种特性为解决传统材料粘附-脱附过程难以控制的问题提供了一种新思路。本文针对目前磁敏橡胶磁致粘附性能的研究较为缺乏,机理尚不明确等问题,设计并实施了粘附力测量实验以及表面观测实验,揭示了改性磁敏橡胶的磁致粘附实验现象,然后在实验现象以及现有经典粘附接触理论的基础上,对磁敏橡胶的磁致粘附特性及机理进行了分析解释,为磁敏橡胶粘附可控性的应用和进一步深入研究提供实验数据和机理上的参考与指导。本文的具体研究内容如下:1.阐述了磁敏橡胶磁致粘附实验和机理研究的背景与意义,对磁敏橡胶和传统粘附材料的研究现状进行了综述,总结了目前已有的爬壁机器人和粘附材料粘附-脱附的控制方式,指出了现有相关研究中存在的不足,以及介绍了本文的研究路线和主要研究内容。2.针对传统磁敏橡胶表面性能较差,表面较粗糙,不适宜用作粘附材料的问题,采用改变模具,添加纳米填料,优化配比的方法,对传统磁敏橡胶进行改性处理,确定了当还原氧化石墨烯的质量比为1%时的改性磁敏橡胶表面光滑,性质稳定,粘着程度好,最适合用作粘附材料。然后制备了不同结构不同铁磁颗粒体积比的改性磁敏橡胶材料,并利用接触式粗糙度仪和扫描电镜对材料表面粗糙度和内部铁磁颗粒的排列方式进行了测量与表征,为后续的理论推导和仿真研究提供了实验依据。3.综合考虑实验条件的特殊性,自行设计并搭建了改性磁敏橡胶的粘附力测量实验平台,粘附实验结果显示表明:在无磁场条件下,通过增加分离速度和按压力,改性磁敏橡胶的粘附力均出现明显的上升,并逐渐趋于饱和;但增加按压时间后,材料的粘附力上升并不明显,这些实验现象说明改性磁敏橡胶具有良好的粘附性能,且符合一般粘附材料的实验规律。当施加不同强度的磁场后,各块改性磁敏橡胶的粘附力也都随之上升,按压力不同的情况下,磁场对材料粘附力的增大程度也不同。其中,当按压力为5N,磁场为300mT时,铁磁颗粒体积比为10%的改性磁敏橡胶粘附力上升最为明显,从初始的2.11N增大到4.28N,增大了约102.8%。4.为探究改性磁敏橡胶磁致粘附机理,设计并实施了改性磁敏橡胶的表面观测实验,包括了白光干涉仪三维表面形貌观测实验与接触式粗糙度仪二维轮廓线观测实验。白光干涉观测结果显示,在磁场的作用下,改性磁敏橡胶表面变得更加平滑;轮廓线观测实验证实,在施加磁场之后,改性磁敏橡胶的表面粗糙度Ra和最高凸峰峰值Rp均出现较为明显的降低。其中,当磁场强度为150mT时,体积比为10%的各向同性改性磁敏橡胶表面粗糙度Ra降低最明显,从初始的3.631μm降低至1.523μm,下降了大约58.1%;体积比为5%的各向同性磁敏橡胶最高凸峰峰值Rp下降最大,从初始的10.32μm降低至3.769μm,下降了6.551μm。最后,利用有限元仿真软件对改性磁敏橡胶在磁场作用下表面形貌变化的动态过程进行了分析,仿真结果与实验现象一致。5.采用理论和实验相结合的研究方法对改性磁敏橡胶的磁致粘附机理进行了分析。首先,利用磁偶极子模型揭示了材料表面形貌变化的原因;然后,在传统JKR接触模型的基础上建立了理想状态下磁敏橡胶接触模型,分析表明磁敏橡胶的粘附力与实际接触面积呈正比。所以在粘附力测量实验中,无磁场条件下,当按压力增大,实际接触的凸峰数变多,接触面积变大,材料粘附力上升。在施加磁场以后,表面观测实验证明了改性磁敏橡胶表面凸峰高度变低,相同按压力下与硅片实际产生接触的凸峰数量变多,接触面积增大,从而增大了材料的粘附力。利用理论分析对实验现象与机理进行了解释,有助于对改性磁敏橡胶的粘附性能进行智能调控。