反昆虫粘附植物表面脱附原理的实验研究

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自然界昆虫利用其足部特有结构可以粘附在包括植物在内的多种光滑或粗糙表面,与此同时,自然界中还有一类植物“拒绝”昆虫粘附,甚至利用其自身特征捕获昆虫,获得营养。本文以食虫类植物猪笼草为研究对象,利用胶体探针技术研究它的脱附原理,以及不同环境湿度条件下其脱附作用。所做研究为仿生反粘附表面设计提供了理论指导。  本文利用胶体探针技术测试了猪笼草蜡质滑移区表面的粘附力和摩擦力,并用不同粗糙度的抛光纸做对照实验,同时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,考虑到叶片表面物理化学性质对粘附特性的影响,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,计算其表面能。研究结果表明: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。  本文还研究了不同湿度条件下猪笼草蜡质滑移区的脱附稳定性,以光滑玻璃和具有典型表面构筑的植物:冬青叶(光滑二维蜡质层)、荔枝叶(微褶皱)、仙客来(大褶皱)等做参照实验。研究结果表明:冬青叶表面光滑二维蜡质涂层能有效提高其在干燥和小湿度条件下的脱附性能,并且在小湿度条件下能有效的阻碍液桥形成;荔枝叶表面微褶皱脱附效果明显好于二维蜡质涂层,其在更大的湿度范围内阻止液桥的形成对其脱附特性的影响;仙客来表面大褶皱和猪笼草表面三维蜡质晶体能有效的排除接触界面附近的水蒸汽,在干燥条件和高湿度条件下均能保持高效的脱附功能。猪笼草表面三维片状蜡质晶体比仙客来表面大褶皱结构具有更加优良的脱附功能,其脱附稳定性明显好于其他典型构筑方式。
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