《仿生智能材料》PPT课件 (2)

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，水pp滴t课件不易滚离。
9
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
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 天然蜘蛛丝和蚕ppt课丝件 蛋白仿生材料
• 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。 ppt课件
13
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
ppt课件
14
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
2.1.4在墙壁上行走的动物—壁虎
构。
微米-纳米的分级复合 结构
ppt课件
3
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。
类水稻叶表面碳纳米管薄膜
ppt课件
7
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
倾斜的周期性片层堆pp积t课件而成。
8
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
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
ppt课件
18
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
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
距离。
ppt课件
水黾稳定的水上运动特性是
源于特殊的微/纳米结构和
油脂的协同效应
10
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。
ppt课件
4
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）
ppt课件
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。
5
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 程度之后脏物颗粒在ppt重课件力的作用下就会脱落。16
水黾腿部的微米刚毛与 ppt课件 纳米沟槽结构电镜照片11
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。
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p3pt课-件5°，垂直方向为9-15°6。
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
1
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
ppt课件
2
Βιβλιοθήκη Baidu 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
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
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
ppt课件
（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
17
钢圈。
2.1 自然界的几种生物体的表面
ppt课件
12
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。
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。
ppt课件
15
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）。