典型构筑植物表面不同湿度条件下黏附和摩擦特性研究

利用原子力显微镜的胶体探针技术,对不同湿度条件下四种具有典型构筑（光滑二维蜡质层、微褶皱、大褶皱、三维蜡质晶体）的原始植物表面以及两种氯仿处理后的植物样品表面的黏附力和摩擦力进行定量测试和分析。试验结果表明：冬青叶表面光滑二维蜡质涂层降低了其表面能和亲水特性,这不仅降低胶体探针与其表面在干燥条件下固固接触的摩擦力和黏附力,而且有效地阻碍了小湿度条件下液桥的形成,提高了其在小湿度条件下的脱附性能;荔枝叶表面微褶皱结构特征增大了固固接触的缝隙,不利于空气中的水蒸气冷凝并在毛细力的作用下形成液桥,从而在更大的湿度范围内提高了其脱附能力,脱附效果优于二维蜡质涂层;仙客来表面大褶皱特征和猪笼草表面三维蜡质晶体能有效排除接触界面附近的水蒸气,在干燥条件和高湿度条件下均能保持高效脱附功能,而猪笼草表面的微结构特征和蜡质晶体低表面能的耦合作用使其具有比仙客来表面大褶皱结构特征更优良的脱附功能。这些研究成果为仿生反黏附表面的设计和制备提供了理论依据。     

猪笼草蜡质滑移区表面反粘附特性的研究

利用环境扫描电子显微镜(ESEM)和原子力显微镜(AFM)表征红瓶猪笼草蜡质滑移区表面微观形貌,并提取粗糙度的相关参数。利用AFM分别在低载荷和高载荷下对蜡质区表面同一区域进行扫描,在不同条件下的扫描形貌一致,且扫描后的探针针尖上未发现附着污染物。利用胶体探针技术在无针尖的探针悬臂上粘附15 μm SiO2小球,模拟单根刚毛与猪笼草蜡质区表面的接触,并测试蜡质区表面的粘附力和摩擦力,并与不同粗糙度的抛光纸表面做对照。考虑到表面物理化学性质对其粘附特性的重要影响,利用接触角测量仪测量蜡质区表面和同粗糙度范围抛光纸表面对水和二碘甲烷的表观接触角并利用二滴法计算其表面能。研究结果表明：蜡质滑移区表面单个蜡质晶体具有力学稳定性,不会因脱落而污染昆虫的粘附器官,污染学说不成立;表面微粗糙度能有效地减小界面间的接触面积,降低了蜡质滑移区表面的粘附力和摩擦力;蜡质滑移区超疏水特性和低表面能是降低表面粘附力和摩擦力的另一个重要因素,两者共同作用形成了猪笼草蜡质滑移区的反粘附特性。