蜜蜂翅膀表面微颗粒黏附与脱附机理研究

发布时间：2018-09-17 11:31

【摘要】：近年来由于气候变化、废气排放等问题,雾霾等恶劣天气日益严重,致使微颗粒的黏附与脱附成为当前的研究热点,微颗粒脱附机理包括化学机理和物理机理,目前对微颗粒脱附研究主要集中在化学脱附的领域,改变固体表面性质达到减黏易脱附的目的,但通过化学方法改变的固体表面性质不稳定,而通过物理方法可以得到稳定均一的固体表面。近些年来国内外学者对蝴蝶、蜻蜓翅膀表面自清洁机理进行了研究,但对蜜蜂研究较少,本文将以自然界最常见的蜜蜂翅膀为研究对象,从耦合仿生角度出发,对蜜蜂翅膀表面与微颗粒黏附与脱附机理进行探讨,为将来仿生自清洁材料奠定理论基础。本文对蜜蜂生物学特性进行介绍,制作蜜蜂标本供试验使用;利用扫描电子显微镜和光学显微镜观察蜜蜂、螳螂、蜻蜓和蝗虫翅膀表面微观结构,统计分析各个翅膀表面微观参数,分析蜜蜂与螳螂、蜻蜓和蝗虫翅膀在微观结构上的不同之处。为了分析蜜蜂翅膀表面和微液体颗粒间黏附与脱附机理,利用视频光学接触角测量仪、光学显微镜、扫描电子显微镜等测量显示工具,具体的分析蜜蜂翅膀表面微观结构和疏水性能的关系;分析蜜蜂翅膀表面的各向异性,并设计相关试验进行验证;分别利用Wenzel和Cassie模型来描述蜜蜂翅膀表面静态及动态下的疏水机理,建立蜜蜂翅膀表面微观结构与疏水性能接触角之间具体的函数关系。为了分析蜜蜂翅膀表面和微固体颗粒间黏附与脱附机理,对微颗粒黏附力进行比较,总结对黏附力影响的最大因素;在现有接触理论和光滑固体表面黏附力模型基础上,建立蜜蜂翅膀表面微颗粒黏附力学模型,利用原子力显微镜测量微颗粒与翅膀表面间的黏附力,对黏附力模型进行验证;研究蜜蜂飞行时翅膀表面微颗粒脱附机理,分析振动对微颗粒脱附的影响,建立振动脱附机理的力学模型;分析气流对微颗粒脱附机理的影响。对本文得到的蜜蜂翅膀表面微颗粒脱附机理进行试验分析,设计仿生装置对蜜蜂振动和外部气流脱附机理进行试验验证,本文得出蜜蜂翅膀表面自清洁性的研究将为微型飞行器及自清洁材料的制备提供理论依据。
[Abstract]:In recent years, due to the problems of climate change, emission of exhaust gas, haze and other severe weather, the adhesion and desorption of micro-particles have become a hot research topic. The mechanism of micro-particle desorption includes chemical mechanism and physical mechanism. In recent years, scholars at home and abroad have studied the mechanism of self-cleaning on the wings of butterflies and dragonflies, but few studies have been done on bees. In this paper, the most common natural bee wings will be used. From the point of view of coupling bionics, the adhesion and desorption mechanism of honeybee wings to micro-particles was discussed, which laid a theoretical foundation for future bionic self-cleaning materials. The surface microstructure of bees, mantis, dragonflies and locusts was analyzed. The microscopic parameters of each wing surface were statistically analyzed. The differences between bees and mantis, dragonflies and locust wings in microstructure were analyzed. The relationship between the surface microstructure and hydrophobic properties of bee wings was analyzed by means of electron microscopy, and the anisotropy of bee wings was analyzed and verified by related experiments. In order to analyze the adhesion and desorption mechanism between bee wing surface and micro-solid particles, the adhesion force of micro-particles was compared, and the most important factors affecting the adhesion force were summarized. The adhesion force between the surface particles and the wing surface was measured by atomic force microscopy to validate the adhesion force model; the mechanism of micro-particle desorption on the wing surface during flight was studied; the effect of vibration on micro-particle desorption was analyzed; and the mechanical model of vibration desorption mechanism was established. The mechanism of micro-particle desorption on the surface of bee wings obtained in this paper was tested and analyzed, and a bionic device was designed to verify the mechanism of bee vibration and external air flow desorption.
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB391;O647.4

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本文编号：2245751