猪笼草叶笼滑移区各向异性超疏水润湿特性表征与机理分析

发布时间：2024-09-17 14:32

　　 为获取各向异性超疏水表面研制的仿生原型,采用接触角测量仪测试表征了猪笼草(Nepenthes alata)叶笼滑移区的各向异性超疏水润湿特性,采用扫描电镜和三维形貌干涉仪观测滑移区形貌结构并提取三维特征信息,分析滑移区形貌结构对各向异性超疏水润湿特性的影响机理。结果表明:水滴在滑移区的接触角为(155.07±1.14)°,朝向叶笼底部和顶部的滚动角分别为(2.82±0.45)°和(5.40±0.31)°;滑移区覆盖着两端朝向叶笼内部弯曲且具有不对称凸面表层轮廓的微米级月骨体,以及形貌轮廓不规则且交错排列成致密孔洞结构的纳米级蜡质晶体,其中能够蓄留空气的蜡质晶体是产生超疏水润湿特性的重要因素;月骨体在不同方向的斜坡结构、悬崖结构致使水滴在滑移区滚动难易程度呈现差异,从而导致滚动角的显著不同与各向异性超疏水润湿现象的产生。

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【部分图文】：

图1猪笼草叶笼组成与滑移区各向异性超疏水润湿行为

SEM观测结果显示滑移区形貌结构由两端向下弯曲的月骨体（Lunatecell）和交错致密排列的蜡质晶体层（Waxcoverings）构成（图2(a）），这与之前的观测结果高度相似[11,22-23,26]。每个月骨体对应着增大交叠的结构单元，形成具有不对称凸面的表层轮廓（图2....

图2猪笼草叶笼滑移区形貌结构的扫描电镜图像

图1猪笼草叶笼组成与滑移区各向异性超疏水润湿行为SWLI扫描结果能够呈现滑移区形貌结构的纵向变化（图3(a）和图3(b）），月骨体朝向叶笼底部的高度变化缓慢而形成“斜坡”结构，朝向叶笼顶部的高度变化剧烈而形成“悬崖”结构。蜡质晶体层相对较为光滑，在纵向上的高度起伏仅处于微米与纳....

图3猪笼草叶笼滑移区的三维形貌结构图像

SWLI扫描结果能够呈现滑移区形貌结构的纵向变化（图3(a）和图3(b）），月骨体朝向叶笼底部的高度变化缓慢而形成“斜坡”结构，朝向叶笼顶部的高度变化剧烈而形成“悬崖”结构。蜡质晶体层相对较为光滑，在纵向上的高度起伏仅处于微米与纳米之间（图3(c）和图3(d））。如表1所示，月骨....

图4月骨体的斜坡/悬崖结构对滚动角影响机制分析模型

将月骨体的结构参数（表1）带入式（3），则有ΔWrf>0，进一步计算获取Wrf-p/Wrf-s∈（1.53,3.79）。结果表明水滴浸润悬崖结构时的阻力做功显著大于其浸润斜坡结构时的阻力做功。施加滚动角，滑移区的水滴将会因高度抬升而获取重力势能，用于克服月骨体的斜坡/悬崖结构对水....

本文编号：4005590