飛秒激光加工結(jié)合激勵響應(yīng)材料變形制備仿生功能結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2020-12-19 12:34
經(jīng)過長期的生存競爭和自然選擇,動物和植物進(jìn)化出了與環(huán)境相適應(yīng)的各種獨(dú)特功能。隨著近代顯微成像技術(shù)的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)在這些動植物表面具有一些獨(dú)特的微納米結(jié)構(gòu),結(jié)合表面的化學(xué)特性,從而產(chǎn)生獨(dú)特的功能,幫助生物在殘酷的自然選擇中生存下來�；谙蜃匀粚W(xué)習(xí)進(jìn)而服務(wù)于人類生活和科技發(fā)展的理念,仿生學(xué)逐漸誕生。在制備仿生功能表面結(jié)構(gòu)方面,各種微納加工手段已被成功運(yùn)用。然而隨著仿生對象結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的提高,傳統(tǒng)平面微納加工技術(shù)由于其復(fù)雜造型能力弱,而3D打印技術(shù)又具有可選擇材料范圍窄、效率和精度難以兼顧的局限性,越來越難以滿足高效、高精度地制造復(fù)雜三維功能器件的需求。這一現(xiàn)狀驅(qū)使了人們對三維微納加工方法的探索。飛秒激光微納加工技術(shù)作為新興的加工手段,具有加工精度高、加工材料范圍廣、不需要掩模、對環(huán)境要求低的特點(diǎn),同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)表面化學(xué)改性。本文以飛秒激光微納加工技術(shù)為基礎(chǔ),結(jié)合激勵響應(yīng)材料的變形能力,各取優(yōu)勢,提出了一種低成本、可擴(kuò)展化的三維微納結(jié)構(gòu)復(fù)合加工技術(shù),并展示了在水下空氣層保持、信息加密/解密,微物體捕獲等方面的應(yīng)用。圍繞飛秒激光結(jié)合激勵響應(yīng)變形材料的聚合物自生長技術(shù),本文的內(nèi)容主要包括:1.介紹...
【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：126 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１?（ａ）接觸角
?第一章緒?論???滾動角越小，因此可以通過滾動角來衡量表面粘附力大校??ａ?ｒ??圖１．２液滴在傾斜表面滾動角、前進(jìn)角、后退角示意圖。??１．２．２超疏水低粘附表面??１．荷葉表面??蓮出淤泥而不染，說的就是荷葉表面的自清潔效應(yīng)。水滴可以在荷葉表??面像彈珠一樣自由滾動，它的接觸角大于１５０°，滾動角只有２°左右。當(dāng)??水滴在荷葉表面滾動時(shí)，會粘附荷葉表面的灰塵顆粒等污染物，從而使得荷??葉表面具有自清潔的功能。這種優(yōu)異的超疏水性和低粘附性被稱為荷葉效??應(yīng)（ＬｏｔｕｓＥｆｆｅｃｔ）。１９９７年，植物學(xué)家Ｂａｒｔｈｌｏｔｔ等⑴通過掃描電鏡研究了多??種植物表面，他們發(fā)現(xiàn)植物上表面的微米級粗糙乳突結(jié)構(gòu)結(jié)合低表面能的??石蠟晶體使得植物表面具備超疏水性。粗糙的表面微結(jié)構(gòu)減小了液滴和顆??�；覊m與表面的接觸面積，有助于液滴粘附灰塵實(shí)現(xiàn)表面自清潔功能。江雷??等［６）進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)荷葉表面除了微米級的乳突外，表面還有類樹枝分叉的納米??結(jié)構(gòu)，正是微納米二元結(jié)構(gòu)協(xié)同效應(yīng)增強(qiáng)了疏水性（圖１．３ａ－ｂ）。人們在深??入理解荷葉效應(yīng)后，發(fā)明創(chuàng)造了多種超疏水材料和涂層，并實(shí)際應(yīng)用于生產(chǎn)??生活中，如自清潔防結(jié)冰［火防腐蝕１９］、水下減阻［１（１］等領(lǐng)域。??２．水稻葉表面??與液滴可以在荷葉表面任意方向無差別滾動不同，液滴在水稻葉表面??沿平行葉片邊緣方向滾動角為３°?－５°，而在垂直邊緣方向滾動角增大到９°??－１５°。從生物進(jìn)化意義上可以理解為，水滴更容易沿著水稻葉滑向根部，??滋潤根莖。江雷等［６］研宄了水稻葉表面微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其表面分布著和荷葉類??似的微納米多級乳突結(jié)構(gòu)，唯一不同的是，這些乳突在沿葉片邊緣方向有序?
第一章緒?論??Ｈ＿＿??圖１．４親疏水非均質(zhì)表面和各向異性浸潤表面。（ａ－ｃ）納米布沙漠甲蟲表面微結(jié)構(gòu)??［４］。（ａ）甲蟲背部表面分布著許多微小突起。（ｂ）突起頂面未覆蓋石蠟，呈親??水。（ｃ）突起非頂面部分分布著微小結(jié)構(gòu)，覆蓋著石蠟，呈疏水。（ａ－ｃ）中的標(biāo)??尺依次為ｌ〇ｍｍ，０．２?ｍｍ，ｌＯ＾ｉｍ。（ｄ－ｆ）豬籠草表面微結(jié)構(gòu)［２Ｇ］。（ｄ）豬籠草照??片。（ｅ）豬籠草口緣溝槽微結(jié)構(gòu)電鏡圖。（ｆ）溝槽內(nèi)分布有單一朝向具有楔形夾??角的盲孔結(jié)構(gòu)。??１．３潤溫性基本理論??１．３．１光滑表面－Ｙｏｕｎｇ’ｓ方程??在理想光滑表面上，當(dāng)液滴在固體表面接觸穩(wěn)定后，如圖１．５所示，根??據(jù)固／液／氣三相界面張力在水平方向的分力平衡有：??（１．２）??Ｙｌｖ??０為液滴在光滑表面的平衡接觸角，下標(biāo)ｈ?７分別代表液（Ｌｉｑｕｉｄ），??固（Ｓｏｌｉｄ），氣（Ｖａｐｏｒ）三相，；Ｖ，心，＆分別代表氣固，液固，液氣??界面張力。公式１．２就是Ｙｏｕｎｇ’ｓ方程［２１］，此方程假定固體表面是完全光滑??的，且各向同性和剛性，只有在這樣的理想平面上才有固定的平衡接觸角。??Ｊｌｖ??／減氣％???５??圖１．５接觸角和表面張力。??６??
本文編號：2925911
【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：126 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１?（ａ）接觸角
?第一章緒?論???滾動角越小，因此可以通過滾動角來衡量表面粘附力大校??ａ?ｒ??圖１．２液滴在傾斜表面滾動角、前進(jìn)角、后退角示意圖。??１．２．２超疏水低粘附表面??１．荷葉表面??蓮出淤泥而不染，說的就是荷葉表面的自清潔效應(yīng)。水滴可以在荷葉表??面像彈珠一樣自由滾動，它的接觸角大于１５０°，滾動角只有２°左右。當(dāng)??水滴在荷葉表面滾動時(shí)，會粘附荷葉表面的灰塵顆粒等污染物，從而使得荷??葉表面具有自清潔的功能。這種優(yōu)異的超疏水性和低粘附性被稱為荷葉效??應(yīng)（ＬｏｔｕｓＥｆｆｅｃｔ）。１９９７年，植物學(xué)家Ｂａｒｔｈｌｏｔｔ等⑴通過掃描電鏡研究了多??種植物表面，他們發(fā)現(xiàn)植物上表面的微米級粗糙乳突結(jié)構(gòu)結(jié)合低表面能的??石蠟晶體使得植物表面具備超疏水性。粗糙的表面微結(jié)構(gòu)減小了液滴和顆??�；覊m與表面的接觸面積，有助于液滴粘附灰塵實(shí)現(xiàn)表面自清潔功能。江雷??等［６）進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)荷葉表面除了微米級的乳突外，表面還有類樹枝分叉的納米??結(jié)構(gòu)，正是微納米二元結(jié)構(gòu)協(xié)同效應(yīng)增強(qiáng)了疏水性（圖１．３ａ－ｂ）。人們在深??入理解荷葉效應(yīng)后，發(fā)明創(chuàng)造了多種超疏水材料和涂層，并實(shí)際應(yīng)用于生產(chǎn)??生活中，如自清潔防結(jié)冰［火防腐蝕１９］、水下減阻［１（１］等領(lǐng)域。??２．水稻葉表面??與液滴可以在荷葉表面任意方向無差別滾動不同，液滴在水稻葉表面??沿平行葉片邊緣方向滾動角為３°?－５°，而在垂直邊緣方向滾動角增大到９°??－１５°。從生物進(jìn)化意義上可以理解為，水滴更容易沿著水稻葉滑向根部，??滋潤根莖。江雷等［６］研宄了水稻葉表面微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其表面分布著和荷葉類??似的微納米多級乳突結(jié)構(gòu)，唯一不同的是，這些乳突在沿葉片邊緣方向有序?
第一章緒?論??Ｈ＿＿??圖１．４親疏水非均質(zhì)表面和各向異性浸潤表面。（ａ－ｃ）納米布沙漠甲蟲表面微結(jié)構(gòu)??［４］。（ａ）甲蟲背部表面分布著許多微小突起。（ｂ）突起頂面未覆蓋石蠟，呈親??水。（ｃ）突起非頂面部分分布著微小結(jié)構(gòu)，覆蓋著石蠟，呈疏水。（ａ－ｃ）中的標(biāo)??尺依次為ｌ〇ｍｍ，０．２?ｍｍ，ｌＯ＾ｉｍ。（ｄ－ｆ）豬籠草表面微結(jié)構(gòu)［２Ｇ］。（ｄ）豬籠草照??片。（ｅ）豬籠草口緣溝槽微結(jié)構(gòu)電鏡圖。（ｆ）溝槽內(nèi)分布有單一朝向具有楔形夾??角的盲孔結(jié)構(gòu)。??１．３潤溫性基本理論??１．３．１光滑表面－Ｙｏｕｎｇ’ｓ方程??在理想光滑表面上，當(dāng)液滴在固體表面接觸穩(wěn)定后，如圖１．５所示，根??據(jù)固／液／氣三相界面張力在水平方向的分力平衡有：??（１．２）??Ｙｌｖ??０為液滴在光滑表面的平衡接觸角，下標(biāo)ｈ?７分別代表液（Ｌｉｑｕｉｄ），??固（Ｓｏｌｉｄ），氣（Ｖａｐｏｒ）三相，；Ｖ，心，＆分別代表氣固，液固，液氣??界面張力。公式１．２就是Ｙｏｕｎｇ’ｓ方程［２１］，此方程假定固體表面是完全光滑??的，且各向同性和剛性，只有在這樣的理想平面上才有固定的平衡接觸角。??Ｊｌｖ??／減氣％???５??圖１．５接觸角和表面張力。??６??
本文編號：2925911
本文鏈接：http://www.wukwdryxk.cn/shoufeilunwen/jckxbs/2925911.html
最近更新
教材專著
