蝴蝶翅表面多级微/纳结构疏水模型及耦合机理

使用扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪和红外光谱仪(FT-IR),观测了27种蝴蝶翅表面的微观结构、复合浸润性和化学成分.利用Cassie方程建立了蝴蝶翅表面微/纳结构疏水模型,从生物耦合角度探讨了疏水机理.结果表明,蝴蝶翅表面由天然疏水材料组成,具有复杂的多级微/纳结构,包括一级结构(微米级鳞片)、二级结构(纳米级纵肋和横桥)和三级结构(纳米级突起).翅表面具有高疏水性(接触角138°~157°)和低黏附性(滚动角1°~3°).翅表面微观形貌和自清洁性具有显著的各向异性.这种特殊的复合浸润性是材料耦元与结构耦元耦合作用的结果.微米级鳞片的宽度越小、间距越大,纳米级纵肋的高度越小、宽度越小、间距越大,翅表面疏水性越强.研究结果有助于进一步流调结果揭示生物表面的疏水机理,为智能界面材料的仿生设计和制备提供启示.     

蝴蝶翅表面的多级复合结构和疏水性

使用扫描电镜和视频光学接触角测量仪研究了22种蝴蝶翅表面的多级复合结构和疏水性。一级结构为微米级鳞片,鳞片密度为101~280个/mm2,长65~135μm,宽35~85μm,间距48~112μm。二级结构为鳞片表面的亚微米级纵肋和横向连接。三级结构为纵肋和横向连接上的纳米级突起。蝴蝶翅表面的蒸馏水接触角为138.2°~158.5°,属于天然疏水表面,这是翅表面化学组成与微观结构协同作用的结果。蝴蝶翅表面可为新型仿生自清洁材料的制备提供生物模板。     

蝴蝶翅表面的多级复合结构和疏水性

使用扫描电镜和视频光学接触角测量仪研究了22种蝴蝶翅表面的多级复合结构和疏水性。一级结构为微米级鳞片,鳞片密度为101~280个/mm2,长65~135μm,宽35~85μm,间距48~112μm。二级结构为鳞片表面的亚微米级纵肋和横向连接。三级结构为纵肋和横向连接上的纳米级突起。蝴蝶翅表面的蒸馏水接触角为138.2°~158.5°,属于天然疏水表面,这是翅表面化学组成与微观结构协同作用的结果。蝴蝶翅表面可为新型仿生自清洁材料的制备提供生物模板。     

蝴蝶翅膀表面超微结构与浸润性机理分析

用热场发射扫描电子显微镜和接触角测量仪观测迁粉蝶、密纱眉眼蝶、素饰蛱蝶、绿带翠凤蝶和黑绢斑蝶翅膀表面的超微结构,测量其静态接触角和滚动角,测量分析表明: 蝴蝶翅膀表面覆盖着重叠排列的瓦片状鳞片,鳞片上分布有纵隆脊和肋,相邻脊脉与肋间形成了凹坑;鳞片的排间距、脊和肋按蝴蝶种类的不同而具有不同的尺寸.有鳞片翅膀表面的接触角在 139.7°～158.9°之间,明显大于无鳞片翅膀表面的接触角(88°～144°),正向、逆向和垂直翅脉发散方向的滚动角不同,翅膀表面的超微结构导致其具有各向异性的浸润性.     

超疏水涂层的构建及其在生物医学工程领域的应用

超疏水材料是指表面水接触角（WCA）大于150°,且具有较小的粘滞性（滚动角小于10°）的一类材料．由于其特有的自清洁效应,所以应用广泛．本文简述了构筑超疏水表面的两种方法：第一是在疏水材料表面构建微细粗糙结构;第二,在具有微细粗糙结构的材料表面形成低表面自由能的物质．对其在生物医学工程领域的应用（抗凝血材料）进行了简要分析．     

具有自清洁性质铜网的制备与表征

采用简单的化学镀方法在铜网表面镀上了一层谷穗状的微-纳米银涂层,然后通过硬脂酸改性得到了具有自清洁性能的超疏水铜网.采用X射线粉末衍射(XRD)和能量色散X射线光谱仪(EDX)分析镀层的化学成分,扫描电子显微镜(SEM)观测铜网的表面形貌,接触角测量仪(OCA)测量铜网的水接触角.研究了镀膜时间对铜网表面形貌和水接触角的影响,通过参数优化成功制得了水接触角为154.5°,滚动角为3°的超疏水铜网,并对该铜网的自清洁性能进行了测试.     

知识快餐店

正防水、防腐蚀,还能自清洁和抗菌,这些神奇的功能让超疏水材料在众多领域中大显身手,但你知道吗?在自然界中,有许多动植物都具有超疏水功能,而人类正是向它们学习,才发明了超疏水材料。荷叶的表面结构十分特别,可以让水滴像珍珠一样在叶面上任意地自由滚动,同时还能带走荷叶上的灰尘,从而保持表面清洁。     

表面的超疏水性对生物防污效果的影响

以SU-8负性光刻胶为原料,采用传统光刻法制备微型柱子结构,在此基础上利用商用疏水二氧化硅微球,通过液相沉积法来制备微型柱子分级结构。为了增加上述结构的超疏水性,以全氟辛基三氯硅烷为氟化剂,采用化学气相沉积法对其表面进行了改性。用电子扫描电镜表征了微型柱子和微型柱子分级结构表面的形貌,发现后者的粗糙度较前者增加了。通过测量水滴在表面的接触角和滚动角,比较了不同结构表面的疏水性能。测试了不同结构表面在莱茵衣藻培养液中的防污效果来研究其疏水性能对生物防污效果的影响。实验结果表明,氟化后的微型柱子和微型分级柱子表面均具有优良的超疏水性能,水滴在两表面上的接触角均高于150°,滚动角均小于10°;在微型柱子结构表面引入分级结构后,极大地提高了表面的疏水性能,使水滴在表面的接触角提高7°,滚动角降低4°;表面疏水性能的提高有助于延长表面的生物防污效果。     

溅射压强对光伏玻璃表面二氧化钛自清洁薄膜润湿性的影响

主要研究了溅射压强对光伏玻璃表面二氧化钛自清洁薄膜润湿性的影响。采用射频磁控溅射法制备了具有自清洁功能的二氧化钛薄膜,通过调控溅射压强改变薄膜润湿性。研究发现:薄膜中Ti元素主要以Ti+4形式存在。当溅射压强由0.4 Pa增加到0.6 Pa时,二氧化钛薄膜表面粗糙度由1.02 nm降低到0.65 nm,薄膜的水接触角由68.9°小幅下降到67.9°,随着溅射压强增加到1.4 Pa,薄膜表面粗糙度又升高到2.38 nm,薄膜的水接触角持续增加到87.5°,二氧化钛薄膜表现出亲水性;薄膜表面粗糙度变化与水接触角变化表现出相同的变化趋势,粗糙度变化有利于调节二氧化钛薄膜表面润湿性。当溅射压强为0.6 Pa时,二氧化钛薄膜滚动角最小,达到5°,此时薄膜的水接触角为最小角67.9°,表面自由能最大,为34.3 mJ/m2,有利于减小固液间相对运动的阻力。     

超疏水低黏附微孔表面的制备及其冷凝微滴的高效自去除性能

冷凝微滴在基底材料表面的高效自去除是防结霜的一种有效手段.以硅片为基底材料,采用飞秒激光直写技术制备了微孔阵列结构,经低表面能修饰后,表面水接触角为165°,滚动角为0.6°,液滴在微孔结构表面可以实现多次弹跳.通过冷凝微滴的自去除实验,重点分析了冷凝微滴的成核、生长、合并自去除机制,发现冷凝微滴可以在微孔内部短时间内...     

木材表面SiO2/环氧树脂/氟硅烷复合超疏水膜的构建

【目的】为获得具有良好机械耐磨性的超疏水木材,构建了木材表面SiO₂/环氧树脂/氟硅烷复合超疏水膜。【方法】采用两步法在木材表面构建有机/无机复合超疏水涂层,在木材基底预置透明环氧树脂底层以覆盖木材表面天然微沟槽结构,然后构建SiO₂/环氧树脂/氟硅烷(FAS)复合超疏水薄膜。采用场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜以及傅里叶红外光谱仪对超疏水涂层的微观形貌和化学组成进行表征,并测试其疏水、疏油和机械耐磨性能。【结果】木材表面复合超疏水涂层具有精细的微/纳米二元粗糙结构,该结构协同低表面能物质FAS,使木材表面不仅具有良好的超疏水性能(水静态接触角为153°,滚动角低于4°),而且疏油(乙二醇接触角为146°,滚动角低于11°); 经砂纸多次磨擦后木材表面水接触角和滚动角基本不变,超疏水性能保持稳定,超疏水涂层的微纳米结构及疏水物质依然保留,表现出良好的机械耐磨性。【结论】有机/无机复合超疏水涂层体系中,环氧树脂由于黏结作用使得SiO₂纳米粒子与木材基底形成牢固的结合,从而赋予涂层良好的机械稳定性。     

长周期相Al_5Ti_3和r-Al_2Ti的弹性各向异性及声子聚焦

为了系统研究四角长周期相Al_5Ti_3和r-Al_2Ti的弹性各向异性及声子聚焦,采用第一性原理计算,并对表征弹性各向异性的数值参数及三维图形、慢度表面和群速度表面进行研究。压缩和剪切的百分比各向异性、最大与最小剪切波速的平方比、"普适弹性各向异性指数"以及弹性模量的三维空间图形表明,Al_5Ti_3和r-Al_2Ti是各向异性的,而且Al_5Ti_3的各向异性更为显著。三个声子模式慢度表面的拓扑结构及曲率表明,纵向声子并不会产生焦散线,而两个横波慢度表面则具有焦散线,慢横波慢度表面尤为明显。慢度表面和群速度表面都呈现为非球形,其中,慢横波模式的各向异性最为明显,快横波模式次之,纵波模式具有最小的各向异性。弹性模量、慢度表面和群速度表面的平面投影图表明,在ab平面r-Al_2Ti比Al_5Ti_3的各向异性更为显著,而在bc平面则是Al_5Ti_3的各向异性更加明显。     

一步喷涂法制备低黏附的超疏水颗粒表面

采用硬脂酸和十八烷基三氯硅烷分别对商业来源的ZnO、TiO2和SiO2颗粒进行修饰得到相应的疏水颗粒.然后利用简单的一步喷涂法通过喷涂所制备的疏水颗粒的无水乙醇悬浮液制备自清洁型的超疏水颗粒表面.通过红外光谱(FT-IR)、X-射线光电子能谱(XPS)、X-射线粉末衍射(XRD)证明低表面能物质成功地修饰在这些氧化物表面;用扫描电镜(SEM)观察超疏水表面形貌发现表面团聚现象比较严重;用DSA100型接触角测量仪测量所制备的超疏水颗粒表面对水滴的静态接触角高达160°,滚动角小于5°,说明该表面具有良好的超疏水性能.     

改性环氧丙烯酸树脂/SiO2超疏水涂层的制备

为了制备一种超疏水涂层,先用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)与羟基硅油(PDMS)反应合成了中间体H-PDMS,再让H-PDMS和环氧丙烯酸树酯(EA)反应,得到PDMS改性的环氧丙烯酸树脂(PEA),之后与疏水型nmSiO_2共混涂膜,UV固化可制备出一种超疏水涂层。采用红外光谱、接触角测量仪、场发射扫描电子显微镜、百格测试仪等表征了接枝材料的化学结构,涂层的疏水性、附着力等。结果表明:硅烷链段成功地接枝到EA的侧链上,当H-PDMS添加量为80wt%,nm SiO_2添加量为30wt%时,制备的涂层表面具有明显的微纳二级粗糙结构,接触角可达155°,滚动角小于3°,且在铝片上具有优异的附着力和自清洁性能。     

锌基底上含金属锡的超疏水表面的制备

针对超疏水金属表面广阔的应用前景,采用氯化亚锡的丙酮溶液,十八硫醇的丙酮溶液为疏水剂在锌基底上构建了超疏水表面,通过X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)进行了结构表征和疏水性能测试.结果表明,超疏水表面具有微纳米阶层结构,静态接触角为158°,滚动角小于5°.     

改性纳米碳酸钙制备超疏水涂层

通过油酸改性纳米碳酸钙颗粒使其表面由亲水性变成了疏水性,改性后的纳米颗粒与低表面能的有机硅树脂聚二甲基硅氧烷经过混合陈化固化过程后在玻璃表面形成超疏水涂层.实验通过改性后的纳米粒子在聚合物介质上构造纳米/微米尺度的结构表面.用接触角测量仪和扫描电镜分别检测涂层的疏水性能和涂层的表面形态.实验结果表面涂层有优异的自清洁能力,平均静态水接触角达160°滚,动角为6°,涂层表面成功构造了纳米/微米的双重粗糙结构.该方法简单有效具有很大的应用前景.     

从自然到仿生的超疏水纳米界面材料

浸润性是固体表面的重要特征之一,它是由表面的化学组成和微观几何结构决定的。日前我们关于荷叶和水稻叶的研究显示,一种具有较大接触角和较小滚动角的超疏水表面,需要微米和纳米级的结构有机结合形成复合结构,而且表面微观结构的排列方式会影响水滴的运动趋势。通过对水黾腿表面结构的详细研究,得到了超疏水性质与微、纳米结构取向之间的关系。据此,我们已成功制备出了超疏水和超双疏的纳米界面材料,并实现了热响应性和光响应的超疏水与超亲水可逆“开关”材料。     

溶胶-凝胶法制备超疏水性OTS-SiO2复合薄膜

以正硅酸乙酯(TEOS)为先驱体,采用酸/碱两步溶胶-凝胶法和自组装技术制备了具有超疏水性的薄膜.利用红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和接触角仪等测试方法对十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰前后薄膜的结构、形貌、表面元素组成与润湿等性能进行了表征和分析.结果表明,制备的OTS-SiO2复合薄膜具有良好的超疏水性能,水滴在该薄膜上的最大静态接触角为156°,滚动角小于5°.     

溶胶-凝胶法制备超疏水性OTS-SiO2复合薄膜

以正硅酸乙酯(TEOS)为先驱体,采用酸/碱两步溶胶-凝胶法和自组装技术制备了具有超疏水性的薄膜.利用红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和接触角仪等测试方法对十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰前后薄膜的结构、形貌、表面元素组成与润湿等性能进行了表征和分析.结果表明,制备的OTS-SiO2复合薄膜具有良好的超疏水性能,水滴在该薄膜上的最大静态接触角为156°,滚动角小于5°.     

琉璃蛱蝶

大多数蝴蝶都有丰富的色彩和斑斓的饰纹,有优雅的姿态和翩翩的风度。但也有少数不是这样,它们颜色灰暗,翅沿参差不齐;它们秉性孤僻而行踪诡秘。总之,它们缺乏蝶类所拥有的各种令人愉悦的优点和品性。常见的琉璃蛱蝶(Kaniska canace)就是其中的代表。形态它是一种中等大小的蛱蝶。四翅外缘有深度缺刻,从前翅顶角至后翅臀角无处不是突角或交错的凹陷,其不规则性达到夸张的程度。凡有这种不规则翅缘的蛱蝶,都善于在林间和灌丛中作快速的机动飞行和突然的降落。