水黾腿润湿性及水黾运动特性研究

图为自然界中的水黾
水黾的特殊技能
2.水黾以极快的速度在水 面上滑行以捕捉借物 。它 在水面上每秒钟可滑行 1.5m,相当于 100倍于身体 长度的距离 , 也就是一位 身高 1 . 8 米的人以每小 时 400 英里的速度游泳
1.水黾可以长期在水面生 活，即使在暴风雨等恶劣 天气，任然可以安然无恙 的生存，不致落水。
图：(b)腿上取向排列的微米级刚毛 ; (c)刚毛上的纳米沟槽
水黾运动过程解释
水黾被形象地喻为“池塘溜冰者”，水黾可在水 面自由滑动、跳跃，步态轻快、迅速，可像滑冰运动 员一样在水面优雅地做出各种运动，且能适应复杂环 境，水黾腿虽细小，但运动速度快，因此研究水黾在 水面运动特性具有现实意义。
潘钦敏发表《用超疏水铜网制造的小船具有惊人的浮力》
感谢您的关注 !
水黾运动过程解释
1.水黾在水面上滑行时会 在身体两侧产生毛细波和螺旋 状的漩涡。 2.水黾每拍击水面一下会 产生一组三条波纹的毛细波， 但毛细波所能产生的动量无法 为水黾在水中提供足够的动力。 3.而那对类似半球形，半 径约为0.4cm额漩涡，是水黾 的中足在做双桨式滑行同时在 其身后形成的。这对漩涡做反 向运动，提供给水黾向前运动 的动量，轻盈的水黾在水面上 上最大的行走速度恰恰与漩涡 所提供的动力相吻合。
Βιβλιοθήκη Baidu
两个问题
1.水黾是如何在水面长期生存的？
2.水黾的“水上飞”的特技的原理是什 么？
水黾腿疏水性原理
实验现象：
1.水黾单根腿的最大支撑力达 到152达因（1达因=10-5N）,这 大约是水黾自身重量的15倍， 它所排开水形成气泡的体积约 为腿的300倍，显示出水黾腿有 非常大排水能力。 2.水黾腿压到水面时会 压出一个漩涡, 实验发 现这个漩涡直到被压至 4. 38 ±0. 02mm 深时, 水面都不会被水黾腿刺 破
应用与展望
• 水面机器人 • 飞行器的水面降落和运动 • 水面载具新的一种前进方式
应用与展望
人类在水面行走成为可能
参考文献
[1] 2014. 张兴旺. 水黾腿润湿性及水黾运动特性研究[D]. 吉林大学,
[2] David L. Hu B C J W. The hydrodynamics of water strider locomotion[J]. Nature, 2003. [3] 高雪峰, 江雷. 天然超疏水生物表面研究的新进展[J]. 物理, 2006(07):559-564. [4] Gao X. Biophysics Water-repellent legs of water striders [J]. Nature, 2004.
图：水黾腿在水面压出最深 4.38±0.02mm 的漩涡 。
解释：
水黾腿疏水性原理
通过SEM观察：
1.水黾腿表面定向排列着微米尺 度的针状刚毛，大部分50微米 左右。 2.每根刚毛上有明显的有螺旋状 纳米尺度沟槽（图c）,形成了独 特的阶层结构. 空气被有效地吸附在这些取 向的微米刚毛和螺旋纳米沟槽的 缝隙中,在表面形成一层稳定的 气膜,有效阻碍了水滴的浸润 ,这 才是水黾腿超疏水性和高表面支 撑力的根源.
水黾腿润湿性及水黾运动特性研究
背景简介
自然界中的生物为了适应环境，经 过亿万年进化，已经形成了可以适应环 境的独特器官以及完美的的身体结构， 昆虫相关工作器官无论从形态结构还是 工作方式都已经近乎完美。正是由于这 种特殊的结构和工作方式，我们可以加 以研究并用来解决人类在生产生活中遇 到的复杂问题。 水黾是水生半翅目类昆虫， 半翅目， 黾蝽科。栖息于静水面或溪流缓流水面 上。身体细长，非常轻盈；前脚短，可 以用来捕捉猎物；中脚和后脚很细长， 长着具有油质的细毛，具有防水作用。 体色黑褐色，体长约22mm。