仿紫竹梅叶片特殊润湿性的多功能表面表征和复制

发布时间：2020-04-05 21:23

【摘要】：仿生学展现了自然界中生物结构和机能的高度一致性。在应用仿生科学进行相关的研究或结构设计时,科研人员往往能以最小化的资源消耗换取最佳的结构性能。本文以紫竹梅叶片作为研究和仿生对象,主要应用PDMS和珍珠棉纤维进行了仿生表面的制备,并对该种具备特殊润湿性和复杂结构的多功能表面进行研究,发掘其潜在的应用价值。紫竹梅叶片在宏观和纳米尺度下具备特殊的表面形貌,可在165°的静态接触角下表现出超疏高粘润湿性(同时具备较高的接触角和滚动角)。疏水性表面目前被广泛应用于智能流体控制领域以及需要对水(或雾)进行收集的场合,为给仿生表面应用研究提供理论基础,本文分别从水接触角、物理和物理化学的角度对紫竹梅表面的特性进行了研究。在浸润试验和粘附试验中,紫竹梅叶片表面上的水滴呈现出Cassie态,同时叶片上的毛状体结构也提升了对水的粘附作用,使其具备超疏高粘润湿性。在研究过程中观察到,疏水性叶片表面能够利用毛状结构捕获并沿平行沟槽输送水分,从而证实了这种罕见的生物表面具备良好的生物结构与机能一致性,并能够生长在任何环境下。基于上述研究,本文使用稀释的PDMS和珍珠羊毛纤维制作表面模板,对仿紫竹梅叶片表面进行了制备。最后,本文提出了一种多功能表面,这种表面具备超疏水特性和表面毛状结构,即可以在一般环境下实现高效率的集水功能,又可以用于智能流体控制接口、微血管装置或水收集系统的研制。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O647.5

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本文编号：2615548