飞秒激光加工结合激励响应材料变形制备仿生功能结构及其应用

发布时间：2020-12-19 12:34

　　经过长期的生存竞争和自然选择,动物和植物进化出了与环境相适应的各种独特功能。随着近代显微成像技术的发展,人们发现在这些动植物表面具有一些独特的微纳米结构,结合表面的化学特性,从而产生独特的功能,帮助生物在残酷的自然选择中生存下来。基于向自然学习进而服务于人类生活和科技发展的理念,仿生学逐渐诞生。在制备仿生功能表面结构方面,各种微纳加工手段已被成功运用。然而随着仿生对象结构复杂度的提高,传统平面微纳加工技术由于其复杂造型能力弱,而3D打印技术又具有可选择材料范围窄、效率和精度难以兼顾的局限性,越来越难以满足高效、高精度地制造复杂三维功能器件的需求。这一现状驱使了人们对三维微纳加工方法的探索。飞秒激光微纳加工技术作为新兴的加工手段,具有加工精度高、加工材料范围广、不需要掩模、对环境要求低的特点,同时还可以实现表面化学改性。本文以飞秒激光微纳加工技术为基础,结合激励响应材料的变形能力,各取优势,提出了一种低成本、可扩展化的三维微纳结构复合加工技术,并展示了在水下空气层保持、信息加密/解密,微物体捕获等方面的应用。围绕飞秒激光结合激励响应变形材料的聚合物自生长技术,本文的内容主要包括:1.介绍... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：126 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?（ａ）接触角

?第一章绪?论???滚动角越小，因此可以通过滚动角来衡量表面粘附力大校??ａ?ｒ??图１．２液滴在倾斜表面滚动角、前进角、后退角示意图。??１．２．２超疏水低粘附表面??１．荷叶表面??莲出淤泥而不染，说的就是荷叶表面的自清洁效应。水滴可以在荷叶表??面像弹珠一样自由滚动，它的接触角大于１５０°，滚动角只有２°左右。当??水滴在荷叶表面滚动时，会粘附荷叶表面的灰尘颗粒等污染物，从而使得荷??叶表面具有自清洁的功能。这种优异的超疏水性和低粘附性被称为荷叶效??应（ＬｏｔｕｓＥｆｆｅｃｔ）。１９９７年，植物学家Ｂａｒｔｈｌｏｔｔ等⑴通过扫描电镜研究了多??种植物表面，他们发现植物上表面的微米级粗糙乳突结构结合低表面能的??石蜡晶体使得植物表面具备超疏水性。粗糙的表面微结构减小了液滴和颗??粒灰尘与表面的接触面积，有助于液滴粘附灰尘实现表面自清洁功能。江雷??等［６）进一步发现荷叶表面除了微米级的乳突外，表面还有类树枝分叉的纳米??结构，正是微纳米二元结构协同效应增强了疏水性（图１．３ａ－ｂ）。人们在深??入理解荷叶效应后，发明创造了多种超疏水材料和涂层，并实际应用于生产??生活中，如自清洁防结冰［火防腐蚀１９］、水下减阻［１（１］等领域。??２．水稻叶表面??与液滴可以在荷叶表面任意方向无差别滚动不同，液滴在水稻叶表面??沿平行叶片边缘方向滚动角为３°?－５°，而在垂直边缘方向滚动角增大到９°??－１５°。从生物进化意义上可以理解为，水滴更容易沿着水稻叶滑向根部，??滋润根茎。江雷等［６］研宄了水稻叶表面微结构，发现其表面分布着和荷叶类??似的微纳米多级乳突结构，唯一不同的是，这些乳突在沿叶片边缘方向有序?

第一章绪?论??Ｈ＿＿??图１．４亲疏水非均质表面和各向异性浸润表面。（ａ－ｃ）纳米布沙漠甲虫表面微结构??［４］。（ａ）甲虫背部表面分布着许多微小突起。（ｂ）突起顶面未覆盖石蜡，呈亲??水。（ｃ）突起非顶面部分分布着微小结构，覆盖着石蜡，呈疏水。（ａ－ｃ）中的标??尺依次为ｌ〇ｍｍ，０．２?ｍｍ，ｌＯ＾ｉｍ。（ｄ－ｆ）猪笼草表面微结构［２Ｇ］。（ｄ）猪笼草照??片。（ｅ）猪笼草口缘沟槽微结构电镜图。（ｆ）沟槽内分布有单一朝向具有楔形夹??角的盲孔结构。??１．３润温性基本理论??１．３．１光滑表面－Ｙｏｕｎｇ’ｓ方程??在理想光滑表面上，当液滴在固体表面接触稳定后，如图１．５所示，根??据固／液／气三相界面张力在水平方向的分力平衡有：??（１．２）??Ｙｌｖ??０为液滴在光滑表面的平衡接触角，下标ｈ?７分别代表液（Ｌｉｑｕｉｄ），??固（Ｓｏｌｉｄ），气（Ｖａｐｏｒ）三相，；Ｖ，心，＆分别代表气固，液固，液气??界面张力。公式１．２就是Ｙｏｕｎｇ’ｓ方程［２１］，此方程假定固体表面是完全光滑??的，且各向同性和刚性，只有在这样的理想平面上才有固定的平衡接触角。??Ｊｌｖ??／减气％???５??图１．５接触角和表面张力。??６??


本文编号：2925911