【摘要】：近年來由于氣候變化、廢氣排放等問題,霧霾等惡劣天氣日益嚴重,致使微顆粒的黏附與脫附成為當前的研究熱點,微顆粒脫附機理包括化學機理和物理機理,目前對微顆粒脫附研究主要集中在化學脫附的領域,改變固體表面性質達到減黏易脫附的目的,但通過化學方法改變的固體表面性質不穩(wěn)定,而通過物理方法可以得到穩(wěn)定均一的固體表面。近些年來國內外學者對蝴蝶、蜻蜓翅膀表面自清潔機理進行了研究,但對蜜蜂研究較少,本文將以自然界最常見的蜜蜂翅膀為研究對象,從耦合仿生角度出發(fā),對蜜蜂翅膀表面與微顆粒黏附與脫附機理進行探討,為將來仿生自清潔材料奠定理論基礎。本文對蜜蜂生物學特性進行介紹,制作蜜蜂標本供試驗使用;利用掃描電子顯微鏡和光學顯微鏡觀察蜜蜂、螳螂、蜻蜓和蝗蟲翅膀表面微觀結構,統(tǒng)計分析各個翅膀表面微觀參數(shù),分析蜜蜂與螳螂、蜻蜓和蝗蟲翅膀在微觀結構上的不同之處。為了分析蜜蜂翅膀表面和微液體顆粒間黏附與脫附機理,利用視頻光學接觸角測量儀、光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡等測量顯示工具,具體的分析蜜蜂翅膀表面微觀結構和疏水性能的關系;分析蜜蜂翅膀表面的各向異性,并設計相關試驗進行驗證;分別利用Wenzel和Cassie模型來描述蜜蜂翅膀表面靜態(tài)及動態(tài)下的疏水機理,建立蜜蜂翅膀表面微觀結構與疏水性能接觸角之間具體的函數(shù)關系。為了分析蜜蜂翅膀表面和微固體顆粒間黏附與脫附機理,對微顆粒黏附力進行比較,總結對黏附力影響的最大因素;在現(xiàn)有接觸理論和光滑固體表面黏附力模型基礎上,建立蜜蜂翅膀表面微顆粒黏附力學模型,利用原子力顯微鏡測量微顆粒與翅膀表面間的黏附力,對黏附力模型進行驗證;研究蜜蜂飛行時翅膀表面微顆粒脫附機理,分析振動對微顆粒脫附的影響,建立振動脫附機理的力學模型;分析氣流對微顆粒脫附機理的影響。對本文得到的蜜蜂翅膀表面微顆粒脫附機理進行試驗分析,設計仿生裝置對蜜蜂振動和外部氣流脫附機理進行試驗驗證,本文得出蜜蜂翅膀表面自清潔性的研究將為微型飛行器及自清潔材料的制備提供理論依據(jù)。
[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.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB391;O647.4

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本文編號：2245751