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智能水表的各向差異超疏水水稻葉表面

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       水滴在水稻葉面上呈現近乎球形的水珠,其接觸角可以達到157以上,但水珠在智能水表表面的運動明顯有別于荷葉:在沿著平行于葉脈方向上水珠易于發生,而在垂直于葉脈的方向上較難滾動,如圖1.6所示。通過對其表面的微觀開貌研究表明,水稻葉面上存在著類似于荷葉表面的乳突結構,與荷葉不同的是,乳在水稻葉片上沿平行于葉片邊緣方向呈有序排列,而沿著垂直于葉片邊緣方向則呈無序排列(荷葉表面的乳突呈無序排列,沒有明顯的指向性)。這種特殊的排列結構使水滴在葉脈方向上比垂直葉脈方向上易于發生滾動。對乳突的進一步研究發現,這些微米級的突起物是由納米級的針狀物質組成的,其直徑在30cm-5cm之間,這些納米級針狀物在乳突上形成三維微結構,通過微米級乳突與納米級的針狀物組成微納納二元三維復合結構,使空氣易于存留在葉片表面,形成水稻葉面上的超疏水特性。

       水黽的腿具有穩固的超疏水性能,使其可以輕易地在水面上站立、快速移跳躍和行走。水黽站立在水面上時,受自身重力影響,在腿部壓力的作用下在水面上形成漩渦,漩渦的深度可以達到4.38mm34,水面也不會被刺穿。矸究發現,水雖眼部不僅不會衲潤混。而目且右招高的承載能力。每個腿部在水面上產生的壓力可以達到33913×10-6N,約等于其自身重量的1倍的支撐力。對水黽腿部的微觀開貌進行的研究發現,水黽的腿部是由無數微米級針狀剛毛組成,單個智能水表剛毛表面由許多納米級精細凹槽組成。通過這種微米級剛從而在水黽腿部開成穩定的氣腔,這種微納米結構與表面蠟質物質的共同作用有效地阻礙水滴對水黽腿部的潤濕,賦予水黽腿部非凡穩固的超疏水性能。

       他們對壁虎的關注在于其攀巖爬壁的本領,但很少有人注意到壁虎腳底的超疏水性。Ful等37的研究報道揭示了壁虎腳掌特殊黏附力的產生原因,研究現,壁虎的每只腳底面大約存在50萬根極細的軟性剛毛,每根剛毛末端附帶有400~1000根數量不等的更為細小的納米絨毛分支,這些絨毛直徑為0205m。

       這種微/納米分級結構使得剛毛得以近距離接觸物體的表面,從而在接觸面E表面分子與剛毛之間產生“范德瓦耳斯力”。雖然單根剛毛產生的力很微小,但50萬根剛毛積累起來的力已足以支持壁虎自身的重量實現其摯巖爬壁的本領。2002年, Autumn教授38***次發現和報道了壁虎腳的表面擁有超高疏水性,壁虎腳上那些由天然角質剛毛聚集而成的整體表面,智能水表具有接觸角可達160.9°的超疏水特性。正是壁虎腳掌具有的這種分層微觀結構不僅賦予高黏附力攀巖爬壁,而且保證其具有自潔凈效果,避免接觸物體對其腳掌的污染、紫竹梅葉面、杠板歸葉面、苧麻葉面、西瓜表面等,由其SEM形貌圖可見其表面微觀結構均存在微/納米粗糙結構。國內外學者對這些表面的進一步研究發現,表面微/納米粗糙結構和表面存在的蠟質物是這些表面具有超疏水性的重要因素。


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