仿生智能材料
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2、表面各向异性
水稻叶表面存在类似于荷叶表面微/纳米结合的 阶层结构，但在水稻叶表面，乳突沿平行于叶边 缘的方向排列有序，而沿着垂直方向呈无序的任 意排列，水滴在这两个方向的滚动角也不相同， 其中沿平行方向为仿生3智-能5材°料，垂直方向为9-15°。
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
• 船表面的超疏水结构可在船外表面形成“空气垫”，
改变了船与水的接触状态，防止船体表面被水直
接打湿。
仿生智能材料
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
模仿水黾“水上漂”功夫的机器人
仿生智能材料
2.1源自文库自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
2.1.4在墙壁上行走的动物—壁虎
壁虎的脚抗灰尘能力的自清洁性发生在整齐排 列的刚毛上。由于粘附力所吸引在爬行基底与吸 引在单个或多个刚毛小分支上的灰尘粒子存在着 不均匀性，从而导致表面的自清洁性。
壁虎脚在踩踏脏物之后，脏物的颗粒堆积在绒 毛表面，而不是粘在绒毛上，因此在堆积到一定 程度之后脏物颗粒仿在生智重能材力料 的作用下就会脱落。
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
模仿水黾----新型超级浮力材料
• 哈尔滨工业大学的研究人员以多孔状铜网为基材， 并将其制作成数艘邮票大小的“微型船”，然后通 过硝酸银等溶液的浸泡处理，使船表面具备超疏 水性。这种微型船不但可以在水面自由漂浮，且 可承载超过自身最大排水量50%以上的重量，甚 至在其重载水线以上的部分处于水面以下时也不 会沉没。
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
仿生应用----仿生壁虎脚
利用结构可控的直立型碳纳米管阵列制成
仿生智能材料
（4×4）平方 毫米的碳纳米 管阵列自吸附 在垂直玻璃的 表面上悬挂一 瓶约650克的 瓶装可乐饮料； 自吸附在垂直 的砂纸表面上 悬挂一个金属 钢圈。
2.1 自然界的几种生物体的表面
仿生智能材料
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
单一微米或纳米结构示 意图（上）
微米-纳米的分级复合结 构示意图（下）
仿生智能材料
由于微、纳米结构并 存，大量空气储存在 这些微小的凹凸之间， 水珠只与荷叶表面乳 突的部分蜡质晶体绒 毛相接触。
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
壁虎的每只脚底 长着大约50万根 极细的刚毛（长 100um)，刚毛末 端又有约400— 1000根更细小的 分支。
仿生智能材料
微米级阵列刚毛 单根刚毛 单根刚毛末端的放大
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
壁虎的脚底与物体表面之间的黏附力来自于 刚毛与物体表面分子之间的“范德华力”的累积（范 德华力是中性分子彼此距离很接近时，产生的一 种微弱的电磁引力）。
于身体的重量，它在
水面上每秒钟可滑行
100倍于身体长度的
水黾稳定的水上运动特性是 源于特殊的微/纳米结构和
距离。
仿生智能材料 油脂的协同效应
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
2.1.3在水面行走的昆虫—水黾
水黾的腿部有数 千根按同一方向 排列的多层微米 尺寸的刚毛（直 径3um），刚毛 表面形成螺旋状 的纳米沟槽结构。
水黾腿部的微米刚毛与 仿生智能材料纳米沟槽结构电镜照片
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
水黾是利用其腿部特殊的微纳米结构，将空气有 效地吸附在这些同一取向的微米刚毛和螺旋状纳 米沟槽的缝隙内，在其表面形成一层稳定的气膜， 阻碍了水滴的浸润，宏观上表现出水黾腿的超疏 水特性。
仿生智能材料
微米-纳米的分级复合 结构
仿生智能材料
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
在荷叶表面微米结构的乳突上还存在纳米结构， 这种微米结构与纳米结构相结合的阶层结构是引 起表面超疏水的根本原因，而且，如此所产生的 超疏水表面具有较大的接触角及较小的滚动角。 另外，在荷叶的下一层表面同样可以发现纳米结 构，它可以有效的阻止荷叶的下层被润湿。
RO
不滚动 蝴蝶以身体为中心轴向外发散方向（RO方向）倾 斜，水滴易滚动；反向倾斜，水滴不能滚离；垂 直RO的两个方向，仿水生智滴能材不料 易滚离。
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
2.1.3在水面行走的昆虫—水黾
水黾的腿能排开300
倍于其身体体积的水
量，它的一条腿能在
水面上支撑起15倍
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
2.1.1 植物叶表面的自清洁性
1、粗糙结构—荷叶效应
仿生智能材料
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
• 荷叶粗糙表面上有微米结 构的乳突，平均直径为59um，单个乳突又是由平 均直径约为124.3nm的纳 米结构分支组成，乳突之 间的表面同样存在纳米结 构。
性能及其仿生纳米界面材料
2.1.5自然界中的结构颜色
自然界产生颜色的主要途径是色素，但有些生物或 矿物经过进化却选择了结构颜色。
结构颜色： 依靠自然光与波长尺度相似的微结构的相互作用
而产生颜色。
静态色： 指那些在生长过程中形成的非随意可控的颜色
仿生智能材料
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
第2 章 仿生材料
2.1 自然界的几种生物体的表面性能及其仿 生纳米界面材料
2.1.1 植物叶表面的自清洁性 2.1.2昆虫翅膀表面的自清洁性 2.1.3在水面行走的昆虫—水黾 2.1.4在墙壁上行走的动物—壁虎 2.1.5自然界中的结构颜色 2.1.6具有特殊浸润性的仿生智能纳米界面材料
2.2 天然蜘蛛丝和仿生蚕智能丝材料蛋白仿生材料
类水稻叶表面碳纳米管薄膜
仿生智能材料
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
•2.1.2昆虫翅膀表面的自清洁性
蝴蝶翅膀由微米尺寸的鳞片交叠 覆盖，每一个鳞片上分布有排列 整齐的纳米条带结构，每条带由 倾斜的周期性片层仿堆生智积能材而料成。
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
动态色： 指那些可随周围环境及条件变化的颜色 变色龙、乌贼、章鱼等具有动态色
水稻叶表面存在类似于荷叶表面微/纳米结合的 阶层结构，但在水稻叶表面，乳突沿平行于叶边 缘的方向排列有序，而沿着垂直方向呈无序的任 意排列，水滴在这两个方向的滚动角也不相同， 其中沿平行方向为仿生3智-能5材°料，垂直方向为9-15°。
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
• 船表面的超疏水结构可在船外表面形成“空气垫”，
改变了船与水的接触状态，防止船体表面被水直
接打湿。
仿生智能材料
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
模仿水黾“水上漂”功夫的机器人
仿生智能材料
2.1源自文库自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
2.1.4在墙壁上行走的动物—壁虎
壁虎的脚抗灰尘能力的自清洁性发生在整齐排 列的刚毛上。由于粘附力所吸引在爬行基底与吸 引在单个或多个刚毛小分支上的灰尘粒子存在着 不均匀性，从而导致表面的自清洁性。
壁虎脚在踩踏脏物之后，脏物的颗粒堆积在绒 毛表面，而不是粘在绒毛上，因此在堆积到一定 程度之后脏物颗粒仿在生智重能材力料 的作用下就会脱落。
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
模仿水黾----新型超级浮力材料
• 哈尔滨工业大学的研究人员以多孔状铜网为基材， 并将其制作成数艘邮票大小的“微型船”，然后通 过硝酸银等溶液的浸泡处理，使船表面具备超疏 水性。这种微型船不但可以在水面自由漂浮，且 可承载超过自身最大排水量50%以上的重量，甚 至在其重载水线以上的部分处于水面以下时也不 会沉没。
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
仿生应用----仿生壁虎脚
利用结构可控的直立型碳纳米管阵列制成
仿生智能材料
（4×4）平方 毫米的碳纳米 管阵列自吸附 在垂直玻璃的 表面上悬挂一 瓶约650克的 瓶装可乐饮料； 自吸附在垂直 的砂纸表面上 悬挂一个金属 钢圈。
2.1 自然界的几种生物体的表面
仿生智能材料
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
单一微米或纳米结构示 意图（上）
微米-纳米的分级复合结 构示意图（下）
仿生智能材料
由于微、纳米结构并 存，大量空气储存在 这些微小的凹凸之间， 水珠只与荷叶表面乳 突的部分蜡质晶体绒 毛相接触。
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
壁虎的每只脚底 长着大约50万根 极细的刚毛（长 100um)，刚毛末 端又有约400— 1000根更细小的 分支。
仿生智能材料
微米级阵列刚毛 单根刚毛 单根刚毛末端的放大
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
壁虎的脚底与物体表面之间的黏附力来自于 刚毛与物体表面分子之间的“范德华力”的累积（范 德华力是中性分子彼此距离很接近时，产生的一 种微弱的电磁引力）。
于身体的重量，它在
水面上每秒钟可滑行
100倍于身体长度的
水黾稳定的水上运动特性是 源于特殊的微/纳米结构和
距离。
仿生智能材料 油脂的协同效应
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
2.1.3在水面行走的昆虫—水黾
水黾的腿部有数 千根按同一方向 排列的多层微米 尺寸的刚毛（直 径3um），刚毛 表面形成螺旋状 的纳米沟槽结构。
水黾腿部的微米刚毛与 仿生智能材料纳米沟槽结构电镜照片
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
水黾是利用其腿部特殊的微纳米结构，将空气有 效地吸附在这些同一取向的微米刚毛和螺旋状纳 米沟槽的缝隙内，在其表面形成一层稳定的气膜， 阻碍了水滴的浸润，宏观上表现出水黾腿的超疏 水特性。
仿生智能材料
微米-纳米的分级复合 结构
仿生智能材料
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
在荷叶表面微米结构的乳突上还存在纳米结构， 这种微米结构与纳米结构相结合的阶层结构是引 起表面超疏水的根本原因，而且，如此所产生的 超疏水表面具有较大的接触角及较小的滚动角。 另外，在荷叶的下一层表面同样可以发现纳米结 构，它可以有效的阻止荷叶的下层被润湿。
RO
不滚动 蝴蝶以身体为中心轴向外发散方向（RO方向）倾 斜，水滴易滚动；反向倾斜，水滴不能滚离；垂 直RO的两个方向，仿水生智滴能材不料 易滚离。
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
2.1.3在水面行走的昆虫—水黾
水黾的腿能排开300
倍于其身体体积的水
量，它的一条腿能在
水面上支撑起15倍
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
2.1.1 植物叶表面的自清洁性
1、粗糙结构—荷叶效应
仿生智能材料
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
• 荷叶粗糙表面上有微米结 构的乳突，平均直径为59um，单个乳突又是由平 均直径约为124.3nm的纳 米结构分支组成，乳突之 间的表面同样存在纳米结 构。
性能及其仿生纳米界面材料
2.1.5自然界中的结构颜色
自然界产生颜色的主要途径是色素，但有些生物或 矿物经过进化却选择了结构颜色。
结构颜色： 依靠自然光与波长尺度相似的微结构的相互作用
而产生颜色。
静态色： 指那些在生长过程中形成的非随意可控的颜色
仿生智能材料
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
第2 章 仿生材料
2.1 自然界的几种生物体的表面性能及其仿 生纳米界面材料
2.1.1 植物叶表面的自清洁性 2.1.2昆虫翅膀表面的自清洁性 2.1.3在水面行走的昆虫—水黾 2.1.4在墙壁上行走的动物—壁虎 2.1.5自然界中的结构颜色 2.1.6具有特殊浸润性的仿生智能纳米界面材料
2.2 天然蜘蛛丝和仿生蚕智能丝材料蛋白仿生材料
类水稻叶表面碳纳米管薄膜
仿生智能材料
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
•2.1.2昆虫翅膀表面的自清洁性
蝴蝶翅膀由微米尺寸的鳞片交叠 覆盖，每一个鳞片上分布有排列 整齐的纳米条带结构，每条带由 倾斜的周期性片层仿堆生智积能材而料成。
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
动态色： 指那些可随周围环境及条件变化的颜色 变色龙、乌贼、章鱼等具有动态色