仿生智能2011-2讲义.ppt

第2 章 仿生材料 ;2.1.1 植物叶表面的自清洁性 1、粗糙结构—荷叶效应 ;荷叶粗糙表面上有微米结构的乳突，平均直径为5-9um，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。;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。 ;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）;2、表面各向异性;类水稻叶表面碳纳米管薄膜;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积而成。;RO;2.1.3在水面行走的昆虫—水黾;2.1.3在水面行走的昆虫—水黾;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。 ;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。 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。 ;模仿水黾“水上漂”功夫的机器人 ;2.1.4在墙壁上行走的动物—壁虎 ; 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）。 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重力的作用下就会脱落。 ;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;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。 ;;; 蝴蝶翅膀上的斑斓色彩，其实是鳞粉上排列整齐的次微米结构，选择性反射日光的结果。 ;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 ;A higher magnification SEM image of an alumina replicated scale, where the replica exhibits exactly the same fine structures.;;;;;;Wenzel model;Cassie model;;;;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 ;;;将DNA纳米马达固定在阵列微结构的金基底上，构筑了一个新颖的智能表面。;;;2.2 天然蜘蛛丝和蚕丝蛋白仿生材料;天然蜘蛛丝具有软段区域和硬段区域, 即无定形区和结晶区形成的微相分离结构。结晶相以纳米晶的形式分散在无定形相中,拉伸时沿轴向取向。;2.2 天然蜘蛛丝和蚕丝蛋白仿生材料 ;2.2 天然蜘蛛丝和蚕丝蛋白仿生材料 ;2.蚕丝：“纤维皇后”;2.2 天然蜘蛛丝和蚕丝蛋白仿生材料 ; 本 章 要 求