大自然各種精妙的特殊潤濕性激發(fā)了人類的靈感,研究者通過模仿自然制備了一系列具有特殊潤濕性的材料,并廣泛應(yīng)用于防水、防結(jié)冰、防污染、防腐蝕、油水分離、自清潔、定向微流運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。近年來隨著表界面科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,特殊潤濕性表面的制備從最簡單的自然模板法朝著精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、功能特殊的方向不斷優(yōu)化,然而特種潤濕材料的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)依然受很多因素的限制,例如,高度疏水材料表面不能排斥具有較低表面張力系數(shù)的油性污染液體;盡管超疏油材料表面可以排斥低表面能液體,但其材料的微觀設(shè)計(jì)非常復(fù)雜,機(jī)械穩(wěn)定性也難以保障性能的實(shí)用長效性;油注入的防污材料經(jīng)過高溫、久置以及磨損后注入液體流失嚴(yán)重,且此類表面的設(shè)計(jì)要考慮到基底材料與潤滑油的相容性以及測試液體與對(duì)基底潤濕的優(yōu)先性等;光滑表面常常通過接枝低表面能的柔性分子鏈達(dá)到對(duì)低表面張力系數(shù)的液體的滑動(dòng),然而很多接枝處理涉及到復(fù)雜的化學(xué)過程以及苛刻的反應(yīng)溫度和氣氛條件,而且所得光滑表面難以承受長時(shí)間的外界化學(xué)和物理破壞。此外,聚二甲基硅氧烷（PDMS）作為一種最常用的無污染低表面能修飾物,其固化卻一直受到時(shí)間和空間的嚴(yán)重制約;常被用來構(gòu)造疏水表面的微粒物需經(jīng)特殊處理至微... 

【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

(a)荷葉的自清潔效應(yīng)，(b)荷葉表的面低倍SEM圖像，(c)表面乳突結(jié)構(gòu)，(d)高倍SEM圖像下的低表面能蠟質(zhì)納米棒[6]

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文兩種特殊潤濕性功能化材料的制備及其應(yīng)用特性研究2水稻葉片表面也呈現(xiàn)出類似荷葉表面的疏水性能，然而水稻葉片上的水珠總是沿著特定的方向滾動(dòng)[8-11]，不像荷葉表面那樣水滴的滾落方向是任意的。用掃描電鏡觀察水稻葉片，發(fā)現(xiàn)其表面也有微米級(jí)乳突結(jié)構(gòu)如圖1.2(b)所示，微米乳突上和乳突之間分布著納米粗糙形態(tài)如圖1.2(c)，不同于荷葉表面隨機(jī)隨意分布的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，水稻表面的粗糙復(fù)合形態(tài)分布具有很強(qiáng)的方向性即呈現(xiàn)出各項(xiàng)異性，沿著水稻葉片生長方向微納米結(jié)構(gòu)整齊地排布成列，所以水珠總是順著稻葉生長方向流動(dòng)[9]。不僅植物葉片表面具有各向異性潤濕性，動(dòng)物如蝴蝶的翅膀也有此類性質(zhì)[12-15]，如圖1.2(e)所示蝴蝶翅膀結(jié)構(gòu)類似于傳統(tǒng)房屋的瓦片設(shè)計(jì)，彼此交疊的瓦片形成定向且有坡度、有層次、有方向的排列結(jié)構(gòu)，確保雨水能夠沿著預(yù)設(shè)方向流走，掃描電鏡顯示翅膀表面有序交疊的鱗片大約40μm[15]，每一個(gè)鱗片上有很多整齊排布的納米級(jí)溝槽結(jié)構(gòu)如圖1.2(f)，溝槽內(nèi)部充盈的空氣層很大程度上降低了水與蝴蝶翅膀表面的直接接觸，這種完美的進(jìn)化結(jié)構(gòu)使得蝴蝶翅膀極不容易被水打濕，即使在潮濕的環(huán)境中依然能夠正常振翅飛行。圖1.2(a)水稻葉片的各向異性，(b)SEM下水稻葉片表面的徑向溝槽，(c)溝槽上的納米乳突[11]，(d)蝴蝶翅膀，(e)翅膀表面的低倍SEM鱗片圖像，(f)蝴蝶翅膀表面納米溝槽[15]。在降水量少、常年溫差大、植被稀少的沙漠地區(qū)，卻生存著一種被稱為“百戰(zhàn)天龍”的沙漠甲蟲，甲蟲的盔甲上面分布著約0.5mm的凸起，這些凸起的頂部光滑具有親水性，能夠收集空氣中的水分發(fā)揮凝聚吸水的作用，凸起的側(cè)面和凸起之間的溝槽上分布的微納米級(jí)的乳突結(jié)構(gòu)具有疏水的性質(zhì)，當(dāng)凸起頂部吸水量足夠大時(shí)，便會(huì)沿著疏

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文兩種特殊潤濕性功能化材料的制備及其應(yīng)用特性研究3蟲和仙人掌集水方式啟發(fā)，科學(xué)家們利用疏水與親水相結(jié)合的表面，制備了吸水與防水一體的蓄水方式，能夠幫助干旱少雨的地區(qū)解決水資源緊缺的問題。圖1.3(a)沙漠甲蟲水集水示意圖，(b)甲蟲背部光滑親水區(qū)，(c)甲蟲背部粗糙疏水區(qū)[19]。蚯蚓通常生活在潮濕的環(huán)境中，它在泥土中快速地蠕動(dòng)前進(jìn)但是表面很難粘上泥土等污物，經(jīng)研究表明蚯蚓的皮膚能夠分泌一種特殊粘液，同時(shí)其凹凸的體表結(jié)構(gòu)能夠鎖住這些粘液，被包裹的粘液就像一層厚厚的潤滑油一樣，隔絕蚯蚓皮膚與土壤直接接觸，減少蚯蚓蠕動(dòng)過程中的摩擦阻力的同時(shí)保持體表的潔凈狀態(tài)[23-25]。當(dāng)粘液損耗時(shí)，蚯蚓發(fā)達(dá)的分泌系統(tǒng)能夠感知這種變化，再次分泌粘液，這樣源源不斷為體表提供粘液，滿足自身的生命需求。圖1.4(a)蚯蚓分泌粘液，保持自身潔凈，(b)蚯蚓粘液分泌示意圖[25]。豬籠草靠捕食昆蟲為生，得益于其獨(dú)特的生理結(jié)構(gòu)[23,24,26-29]，如圖1.5(a)所示豬籠草的最上部是籠蓋幫助保持籠內(nèi)部獨(dú)特環(huán)境穩(wěn)定；籠蓋下方是唇部，經(jīng)掃描電鏡觀察唇部由規(guī)則有序的脊結(jié)構(gòu)組成如圖(b)所示，定向排列的脊為雙級(jí)結(jié)構(gòu)，第一級(jí)脊結(jié)構(gòu)的尺寸約為100-200μm，二級(jí)脊結(jié)構(gòu)尺寸約為9-30μm，二級(jí)脊結(jié)構(gòu)之間分布著有序的楔形結(jié)構(gòu)如圖(c)有利于液體的定向運(yùn)輸；唇部以下的紅色部分是蠟質(zhì)區(qū)，蠟質(zhì)區(qū)的蜜腺能夠分泌蜜汁，由于蜜汁具有特殊的氣味，從而吸引附近的昆蟲落入捕蟲囊的陷阱中，成熟的豬籠草捕蟲囊內(nèi)側(cè)壁分布著不規(guī)則的片狀低表面能納米蠟質(zhì)物，捕蟲囊整體結(jié)構(gòu)類似光滑斥液表面，任落入陷

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]仿生多尺度超浸潤界面材料[J]. 王鵬偉,劉明杰,江雷.  物理學(xué)報(bào). 2016(18)

碩士論文
[1]食肉植物豬籠草的減摩機(jī)理研究及仿生制備[D]. 黃鉅斌.吉林大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3319895