仿紫竹梅叶片特殊润湿性的多功能表面表征和复制.pdf

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1、硕士学位论文仿紫竹梅叶片特殊润湿性的多功能表面表征和复制CHARACTERISATIONANDBIOREPLICATIONOFT.PALLIDAINSPIREDBIOMIMETICSUPERWETTABILITYASAMULTIFUNCTIONALSURFACENEHASUVINDRAN哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：Q811学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文仿紫竹梅叶片特殊润湿性的多功能表面表征和复制硕士研究生：妮哈导师：赵学增教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cla

2、ssifiedIndex:Q811U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringCHARACTERISATIONANDBIOREPLICATIONOFT.PALLIDAINSPIREDBIOMIMETICSUPERWETTABILITYASAMULTIFUNCTIONALSURFACECandidate:NehaSuvindranSupervisor:Prof.XuezengZhaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineering

3、Affiliation:SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefense:June,2018Degree-ConferringInstitution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文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

4、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

5、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。关键词:仿生学，生物模板，毛状体，多功能，超疏高粘润湿性，集水I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractBiomimicryrevealsnature’simpeccablestructure-functionsynchronizationinspiringscientiststodesignbio-inspiredapplic

6、ationsthatachievemaximumperformancewithminimalisticresourceexhaustion.ThisresearchthesisfocusesonstudyingandreplicatingtheTrandescantiapallida’sleafuniquewettabilityandcomplexstructuringandthenpresentingthepotentialmultifunctionalsurfaceapplications.Here,T.pallida’sleafmorphologyfromthemacroscalet

7、othenanoscaleisconsideredtoplayapivotalroleinitsclassificationasaninvasivespecies.Thefocusisontheadaxialsidewhichdemonstratesparahydrophobicwettabilitywithastaticcontactangleof165˚.Parahydrophobicsurfacesarepopul