一種在仿生鯊魚皮上產生“蓮花效應”的新方法

來源：發(fā)布時間：2024-12-19

（論文部分內容摘抄）

長期以來，自然界一直是啟發(fā)人類開發(fā)人工方法來模仿生物系統(tǒng)非凡特性的重要源泉。在這項工作中，作者探索了一種新方法來制備超疏水雙仿生表面，該表面同時具有魚皮表面形態(tài)和蓮花葉狀的分級微/納米結構。這種具有鯊魚皮圖案微結構的仿生表面首先是通過基于PDMS 的鯊魚皮表面微復制來制備的;然后通過火焰處理形成可以產生蓮花效應的分級微納米結構的表面。用掃描電子顯微鏡(SEM)、水接觸角測量和液滴沖擊實驗表征了所制備的雙仿生表面，結果表明，所制備的雙仿生表面上同時具有鯊魚皮表面形態(tài)和荷葉狀的多級微/納米結構，具有優(yōu)異的超疏水性，其接觸角高度數，且在韋伯數相對較高的液滴沖擊過程中仍能保持其超疏水性的穩(wěn)定性。討論了火焰處理過程中仿生魚皮表面微觀形態(tài)演變和微觀結構變化的機理。該方法有望發(fā)展成為一種新穎可行的仿生表面制造技術。

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液滴沖擊實驗為了評估各種超疏水固體表面的魯棒性，通過水滴沖擊實驗來研究液體滴在表面上的沖擊動力學是非常有幫助的方法。實驗程序通常包括從微注射器中釋放一個直徑為毫米級的水滴，以不同的高度釋放水滴，以改變其對固體表面的沖擊速度。下落的液滴可以通過重力加速，從而以一定的沖擊速度撞擊固體表面。在表面以上高度處釋放的液滴的垂直沖擊速度，下降影響是由德國 Excelitas PCO 公司的高速相機(型號pco.dimax)記錄1500fps的記錄率(幀每秒)，以獲得關于下降影響動態(tài)的信息。

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以納米二氧化硅為基質，成功地開發(fā)出一種新型的二元生物表面結構的制備方法，該結構既包括鯊魚皮表面形態(tài)也包括蓮葉狀層狀微/納米結構。它涉及到PDMS微復制過程中使用鯊魚皮作為模板和隨后的火焰處理。通過掃描電鏡觀察發(fā)現，采用微復制法制備的仿生鯊魚皮表面具有生動的鯊魚皮表象或微米級的鯊魚皮圖案結構，隨后的火焰處理使其具有層次化的微/納米結構，且不破壞其鯊魚皮的圖案結構。從而構建了預期的雙仿生表面?；鹧嫣幚頃r間的長短是影響和控制被處理表面層次微納米結構的重要因素。

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