蝴蝶翅膀表面鳞片形态及自清洁机理研究

论文摘要

系统地分析和总结了典型生物表面微观形态的疏水性和自清洁性在国内外的研究现状与发展趋势。对蝴蝶翅膀表面的微观和超微观结构进行了分类研究,分析了蝴蝶翅膀鳞片的微观特征及规律,发现蝴蝶翅膀表面的覆瓦状微米级鳞片沿长轴方向规则分布着近似平行的亚微米级纵肋和沟槽结构。研究了蝴蝶翅膀表面的润湿性、各向异性和自清洁性能,发现蝴蝶翅膀表面具有较强的疏水性乃至超疏水性,采用数学模拟方法对其疏水自清洁机理进行了分析,揭示了蝴蝶翅膀表面微/纳米结构对润湿性能的影响规律及其机制,建立了蝴蝶翅膀表面微观形态单元体特征参数与接触角的函数关系公式,并对其进行回归检验。以蝴蝶翅膀为模板,制备了纳米级银膜,使银膜表面呈现较强的疏水性,表面粗糙结构使亲水的金属银实现了向疏水的转变。通过分析蝴蝶翅膀表面超疏水的微观形态,从仿生学角度研究了生物表面的疏水和自清洁性能,为提高仿生材料表面的疏水和自清洁性能提供了新的途径和思路,在材料工程等领域有着广阔的应用前景。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 疏水自清洁表面研究现状
• 1.2.1 植物表面的疏水自清洁性研究
• 1.2.2 动物表面的疏水自清洁性研究
• 1.2.3 人工表面的疏水自清洁性研究
• 1.3 表面润湿性能研究的理论基础
• 1.3.1 接触角定义与Young 氏方程
• 1.3.2 前进角、后退角与接触角滞后
• 1.3.3 接触角模型理论
• 1.3.4 仿生超疏水表面构建的理论基础
• 1.4 研究内容
• 1.4.1 蝴蝶翅膀表面结构形态分类研究
• 1.4.2 蝴蝶翅膀表面润湿性能与规律研究
• 1.4.3 蝴蝶翅膀表面各向异性研究
• 1.4.4 蝴蝶翅膀表面自清洁性研究
• 1.4.5 蝴蝶翅膀表面疏水自洁机理研究
• 1.4.6 蒸镀银膜对蝴蝶翅膀表面润湿性能的影响
• 第二章 蝴蝶翅膀表面结构形态分类研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 鳞片的微米结构特征
• 2.3.2 鳞片的纳米超微结构特征
• 2.3.3 蛱蝶科蝴蝶翅膀鳞片形态特征及变化规律
• 2.4 本章小结
• 第三章 蝴蝶翅膀表面润湿性能与规律研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 蝴蝶翅膀表面蒸馏水润湿性能研究
• 3.3.2 蝴蝶翅膀表面甲醇润湿性能研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 蝴蝶翅膀表面的各向异性研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 实验结果
• 4.4 机理分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 蝴蝶翅膀表面自清洁性研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.3 实验结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 蝴蝶翅膀表面疏水自洁机理研究
• 6.1 引言
• 6.2 自清洁性机理分析
• 6.2.1 矩形鳞片接触角模型
• 6.2.2 椭圆形鳞片接触角模型
• 6.2.3 菱形鳞片接触角模型
• 6.3 统计分析
• 6.3.1 正态性检验
• 6.3.2 矩形模型的回归检验
• 6.3.3 微/纳米协同模型的回归检验
• 6.4 本章小结
• 第七章 蒸镀银膜对蝴蝶翅膀表面润湿性能的影响
• 7.1 引言
• 7.2 实验部分
• 7.2.1 实验仪器
• 7.2.2 测量条件与方法
• 7.3 实验结果与分析
• 7.3.1 镀银膜的蝴蝶翅膀表面形态表征
• 7.3.2 镀银膜后蝴蝶翅膀表面接触角
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 导师及作者简介