典型生物非光滑表面形态特征及其脱附功能特性研究

论文摘要

生物非光滑表面是当前仿生工程领域研究的热点之一,本论文是在国家重大基础研究前期专项基金资助项目(2002CCA012000)教育部科学技术研究重点项目(105059)资助下完成的,其重点研究典型植物表面非光滑形态与功能特性之间的关系。试验主要选择东北常见的几种典型(具有非光滑形态)的植物叶片为样本进行电镜扫描,并对表面形态进行描述与分类分析,利用现代仪器设备对其表面润湿角、粘附力进行测定与分析,从中筛选出几种理想的生物非光滑表面疏水原型,并建立四类疏水表面的数学模型;同时还选择具有不同非光滑表面结构的植物叶片,利用万用试验机、纳米力学测试仪对其进行力学特性的测定与分析,探讨非光滑结构与材料的耐拉伸能力、材料表面耐压与耐磨能力的关系,建立了天然植物叶片(材料)的纵向受力模型,这将为工程仿生的表面耐磨涂层设计及其自然复合材料的选择、疏水性功能材料的选择与制备、工程仿生复合材料的设计以及天然生物材料的选择提供理论依据。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的目的与意义
• 1.2 生物非光滑表面理论研究的现状与展望
• 1.2.1 土壤动物体表非光滑理论及应用
• 1.2.2 水生动物体表非光滑理论及应用
• 1.2.3 植物表面非光滑的“莲叶效应”理论及其应用
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 第二章 生物非光滑的仿生学基础理论
• 2.1 仿生学及其研究内容
• 2.2 生物学与仿生学的关系
• 2.3 生物非光滑表面仿生理论
• 2.3.1 非光滑定义及其分类
• 2.3.2 生物非光滑效应的研究内容
• 2.3.3 非光滑表面在仿生学中的应用研究
• 2.4 仿生非光滑技术在工程上的应用研究展望
• 第三章 典型生物非光滑形态分类与指标集的建立
• 3.1 生物的多样性决定其表面形态的复杂性
• 3.2 典型生物表面非光滑形态分类
• 3.2.1 从结构单元形状分析
• 3.2.2 从结构单元分布分析
• 3.2.3 从表面整体形态分析
• 3.2.4 从功能特性分析
• 3.2.5 从非光滑构成的维数来分类
• 3.3 生物非光滑形态评价指标集的建立
• 3.3.1 评价方法
• 3.3.2 非光滑形态评价指标参数的确定
• 3.4 小结
• 第四章 典型综合型非光滑表面形态特性的描述
• 4.1 综合型非光滑表面特征
• 4.1.1 复合型非光滑表面及特征
• 4.1.2 嵌合型非光滑表面及特征
• 4.1.3 耦合型非光滑表面及特征
• 4.2 典型复合波纹状非光滑表面的数学描述
• 4.3 典型复合型非光滑表面的参数特征
• 4.4 小结
• 第五章 植物表面非光滑形态特征与湿润及黏附特性试验分析
• 5.1 试验材料与设备
• 5.1.1 试验材料的采集
• 5.1.2 扫描电子显微镜观察
• 5.1.3 试样的制备
• 5.1.4 测定表面（水滴）接触角的试验仪器
• 5.1.5 表面黏附力测定的试验仪器
• 5.2 试验分析
• 5.2.1 植物表面非光滑形态描述及分类
• 5.2.2 植物表面水滴接触角试验结果分析
• 5.2.3 典型植物表面黏性介质的黏附力试验及其结果分析
• 5.3 讨论与分析
• 5.4 本章小节
• 第六章 典型植物非光滑疏水表面的理想模型
• 6.1 植物非光滑疏水表面的分类
• 6.2 疏水表面模型分析
• 6.3 植物几何非光滑疏水表面原型的筛选
• 6.4 植物非光滑脱附表面模型的几何参数
• 6.4.1 凸包型与凹坑型非光滑疏水表面模型及其特征参量
• 6.4.2 圆锥型的非光滑疏水表面模型及其特征参数
• 6.4.3 棱柱型非光滑表面模型的及其特征参数
• 6.5 本章小结
• 第七章 典型植物叶非光滑表面的纳米力学特性
• 7.1 试验设备与方法
• 7.1.1 材料的选择
• 7.1.2 仪器设备
• 7.1.3 纳米压痕仪的系统组成及纳米力学测量原理
• 7.1.4 纳米力学分析样品的制备
• 7.1.5 切片的制作与观察
• 7.2 试验结果与分析
• 7.2.1 最适加载量的确定
• 7.2.2 植物叶片表面硬度的比较分析
• 7.3 结果与讨论
• 7.4 本章小结
• 第八章 植物叶组织结构与力学特性关系研究
• 8.1 试验设备与方法
• 8.1.1 样品的采集
• 8.1.2 试验仪器与设备
• 8.1.3 试验方法
• 8.2 试验结果与讨论分析
• 8.3 植物叶片纵切面受力模型
• 8.3.1 强度指标
• 8.3.2 抗拉（压）强度极限
• 8.3.3 孔隙的体积分数
• 8.3.4 叶片的纵向切面受力模型
• 8.4 本章小结
• 第九章 结论与展望
• 9.1 主要结论
• 9.2 本文主要创新点
• 9.3 存在的问题与展望
• 9.3.1 存在问题
• 9.3.2 今后研究的展望
• 参考文献
• 作者在攻读博士学位期间的研究成果
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT