亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        櫻桃葉片表面的特殊復(fù)合浸潤(rùn)性及仿生制備

        2016-12-29 03:50:41王譽(yù)茜
        關(guān)鍵詞:乳突基團(tuán)水滴

        房 巖,王譽(yù)茜,孫 剛,關(guān) 琳

        (長(zhǎng)春師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130032)

        櫻桃葉片表面的特殊復(fù)合浸潤(rùn)性及仿生制備

        房 巖,王譽(yù)茜,孫 剛,關(guān) 琳

        (長(zhǎng)春師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,吉林 長(zhǎng)春 130032)

        使用掃描電鏡(scanning electron microscope,SEM)、傅立葉紅外光譜儀(Fourier transform infrared spectrometer,F(xiàn)T-IR)和接觸角測(cè)量?jī)x(contact angle meter,CAM),研究了櫻桃(Cerasuspseudocerasus)葉片表面的多級(jí)微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和復(fù)合浸潤(rùn)性.根據(jù)葉片表面粗糙形貌,建立了柱狀乳突結(jié)構(gòu)浸潤(rùn)模型.以葉片表面為復(fù)制模板,以聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)和聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)為基質(zhì),采用二次轉(zhuǎn)錄法構(gòu)建了仿生高分子膜.結(jié)果表明:葉片表面具有超疏水性(接觸角155.1°)和低黏附性(滾動(dòng)角4.6°),仿生高分子膜較好地復(fù)制了葉片表面的微觀形貌和復(fù)合浸潤(rùn)性.葉片表面的特殊復(fù)合浸潤(rùn)性是多級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成協(xié)同作用的結(jié)果.

        櫻桃葉片;復(fù)合浸潤(rùn)性;超微結(jié)構(gòu);黏附性;仿生設(shè)計(jì)

        浸潤(rùn)性是固體表面的重要性質(zhì),已成為材料學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、工程學(xué)、仿生學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域和前沿課題,在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、航空航天、生物醫(yī)學(xué)工程、環(huán)境保護(hù)和日常生活中具有廣闊的應(yīng)用前景[1-3].隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,人們對(duì)于特殊功能材料的需求愈加迫切,對(duì)于微納結(jié)構(gòu)在生命科學(xué)、材料科學(xué)、仿生科學(xué)、工程設(shè)計(jì)中的作用有了更為深入的認(rèn)識(shí),對(duì)于微觀結(jié)構(gòu)與表面浸潤(rùn)性的關(guān)系獲得了更加豐富的理解[4].經(jīng)過幾十億年的生命進(jìn)化和協(xié)同演化,各種各樣的生物體從多個(gè)角度(形態(tài),微觀、中觀、宏觀結(jié)構(gòu),生理、行為、機(jī)能等)去適應(yīng)自然環(huán)境.具有特殊微納結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、浸潤(rùn)性、黏附性、光學(xué)特性的生物表面,為新型抗黏附表面的構(gòu)建提供了仿生模板,在生物醫(yī)學(xué)材料、表面抗污、傳感技術(shù)、減附減阻等領(lǐng)域日益引人關(guān)注[5-9].本文較為系統(tǒng)地研究了櫻桃葉片表面的多級(jí)結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和復(fù)合浸潤(rùn)性,采用二次轉(zhuǎn)錄法,成功制備了仿生高分子膜,為新型工程材料的開發(fā)提供了依據(jù).

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 葉片化學(xué)成分分析

        將葉片樣品烘干,使用瑪瑙研缽將5~8 mg葉片樣品與200 mg AR級(jí)KBr粉末(天津市沃爾斯化工有限公司)均勻研磨,取適量填充于模具中,用769YP-15A型粉末壓片機(jī)(天津市科器高新技術(shù)公司)制成薄片,置入FT-IR(Thermo Electron,美國)樣品室,采用空冷陶瓷光源、鍍鍺KBr分束器和DTGS檢測(cè)器分析化學(xué)成分.光譜范圍為4 000~400 cm-1,分辨率大于0.5 cm-1,精度為0.008 cm-1,掃描次數(shù)為32次.

        1.2 葉片表面多級(jí)結(jié)構(gòu)觀察

        使用SteREO Discovery V12型全自動(dòng)體視顯微鏡(Zeiss,德國)、SZX-12型體視顯微圖像分析系統(tǒng)(Olympus,日本)觀察和測(cè)量新鮮櫻桃葉片的表面結(jié)構(gòu).工作距離為81 mm,總放大倍數(shù)為12×375倍,行程為340 mm,基本物體視場(chǎng)直徑為25 mm,實(shí)際視場(chǎng)范圍為2.3~28.8 mm,調(diào)焦精度為350 nm.

        剪取2 mm×2 mm的平展葉片,使用E-1045型離子濺射儀(Hitachi,日本)進(jìn)行噴金處理(金粉厚度約20 nm),用雙面膠粘于SEM樣品臺(tái)上進(jìn)行超微結(jié)構(gòu)觀察.SEM最大放大倍數(shù)為65萬倍,加速電壓為0.5~30 kV,電壓為1 kV時(shí)分辨率為2.2 nm,電壓為15 kv時(shí)分辨率為1.0 nm.

        1.3 葉片表面復(fù)合浸潤(rùn)性測(cè)定

        使用視頻光學(xué)CAM(DataPhysics OCA20,德國),在水滴(體積5 μL)滴至葉片表面30 s內(nèi)測(cè)量接觸角(contact angle,CA)和滾動(dòng)角(sliding angle,SA).每個(gè)葉片表面測(cè)定5次,取平均值.室溫為(25±1)℃,相對(duì)濕度保持在80%左右.測(cè)量范圍為0°~180°,測(cè)量精度為±0.1°.

        1.4 超疏水高分子膜仿生制備

        以葉片表面為模板,使用二次轉(zhuǎn)錄法構(gòu)建仿生高分子膜.將PVA(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)溶解于去離子水中,經(jīng)水浴加熱、磁力攪拌,配得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的PVA溶液,均勻滴至葉片表面.室溫下靜置24 h后,制得仿葉片表面反結(jié)構(gòu)的PVA膜.將PDMS(Dow Corning,美國)主劑和固化劑充分?jǐn)嚢杌旌?,抽取真空,滴至PVA膜上,置于烘箱(120℃)固化后,將PVA膜與PDMS膜分離,制得仿葉片表面正結(jié)構(gòu)的PDMS膜.

        2 結(jié)果與分析

        2.1 葉片化學(xué)組成

        在900~3 300 cm-1的范圍內(nèi),櫻桃葉片的紅外光譜特征吸收峰分別出現(xiàn)在3 252(C-H、N-H基團(tuán),伸縮振動(dòng),蛋白質(zhì)、脂類),2 944(CH2基團(tuán),對(duì)稱伸縮振動(dòng),脂類),1 653(N-H基團(tuán),彎曲振動(dòng),蛋白質(zhì)),1 548(C=C基團(tuán),伸縮振動(dòng),蛋白質(zhì)、苯環(huán)),1 355(C-H基團(tuán),對(duì)稱變形振動(dòng),脂類),1 237(C-O基團(tuán),伸縮振動(dòng),蛋白質(zhì)),1 196(C-O基團(tuán),伸縮振動(dòng),糖),1 084(C-O基團(tuán),伸縮振動(dòng),糖)和910(C-O基團(tuán),伸縮振動(dòng),糖、脂類)cm-1(見表1).可見,葉片主要由蛋白質(zhì)、脂類、糖等天然疏水材料組成,本征CA在95°左右[10],但不能達(dá)到超疏水的程度.

        表1 櫻桃葉片的紅外光譜吸收峰、基團(tuán)、振動(dòng)方式及主要?dú)w屬

        2.2 葉片表面多級(jí)微觀形貌

        在體視顯微鏡下,葉片表面呈現(xiàn)網(wǎng)格狀形貌,布滿絨毛,構(gòu)成一級(jí)微觀結(jié)構(gòu)(見圖1A).在SEM下,葉片表面進(jìn)一步呈現(xiàn)乳突型的微米級(jí)形貌,構(gòu)成二級(jí)微觀結(jié)構(gòu)(見圖1B).在二級(jí)微觀結(jié)構(gòu)上,分布著形態(tài)各異、大小不一的粗糙單元體(直徑7~14 μm,間距43~62 μm),構(gòu)成三級(jí)微觀結(jié)構(gòu)(見圖1C).復(fù)雜的多級(jí)微觀形貌是葉片表面具有復(fù)合浸潤(rùn)性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ).

        (A)一級(jí)微觀結(jié)構(gòu);(B)二級(jí)微觀結(jié)構(gòu);(C)三級(jí)微觀結(jié)構(gòu)

        2.3 葉片表面復(fù)合浸潤(rùn)性

        葉片表面具有超疏水性(CA 155.1°)(見圖2A).雖然CA被普遍用來評(píng)價(jià)固體表面的疏水性能,但CA本身并不能充分反映出液滴在表面的動(dòng)態(tài)行為,只有結(jié)合SA才能客觀評(píng)價(jià)固體表面的復(fù)合浸潤(rùn)性和黏附性[11].櫻桃葉片表面同時(shí)具有大的CA(>150°)和小的SA(<5°).對(duì)葉片表面進(jìn)行CaCO3粉末人工污染,水滴流過后,86.9%的污染物被清除,表現(xiàn)出優(yōu)異的自清潔性.

        (A)櫻桃葉片;(B)高分子膜圖2 水滴在櫻桃葉片和仿生高分子膜表面的接觸角

        圖3 櫻桃葉片表面浸潤(rùn)性的微觀結(jié)構(gòu)模型

        水滴在葉片粗糙表面上形成復(fù)合接觸,表觀CA(即θc)與本征CA(即θe)的關(guān)系符合Cassie模型[12]:

        cosθc=φs(1+cosθe)-1,

        (1)

        式中φs為固/液接觸面積分?jǐn)?shù)(0<φs<1).根據(jù)櫻桃葉片表面微觀形貌,建立柱狀乳突結(jié)構(gòu)浸潤(rùn)模型(見圖3).

        特征參數(shù)r,h,d分別表示乳突半徑、乳突高、乳突間距,因此

        φs=πr2/d2.

        (2)

        可見,θc僅與微突起的半徑r和間距d有關(guān),而與微突起的高度h無關(guān).這是因?yàn)樵趶?fù)合接觸中,水滴并未完全填充粗糙結(jié)構(gòu).經(jīng)非線性擬合檢驗(yàn),表觀CA與實(shí)測(cè)CA之間的R值為0.908,無顯著性差異,表明建立的乳突結(jié)構(gòu)浸潤(rùn)模型符合Cassie模型.加入三級(jí)微觀結(jié)構(gòu)的浸潤(rùn)模型將進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)的可靠性和精確度.

        水滴直徑約為2.1 mm,遠(yuǎn)大于葉片表面柱狀乳突的間距(43~62 μm),不能完全進(jìn)入乳突之間的凹槽.水滴與葉片表面之間穩(wěn)定地吸附一層氣膜,形成復(fù)合接觸,因此具有較大的CA.葉片表面的化學(xué)組成使水滴CA達(dá)95°左右,實(shí)現(xiàn)疏水程度;由于葉片表面的多級(jí)微觀粗糙結(jié)構(gòu),水滴CA達(dá)150°以上,實(shí)現(xiàn)超疏水程度.葉片表面的超疏水性是材料耦元與結(jié)構(gòu)耦元協(xié)同作用的結(jié)果.

        2.4 仿生高分子膜的微觀形貌和超疏水性

        通過第一步軟膜復(fù)制,得到具有葉片表面反結(jié)構(gòu)的PVA膜(見圖4A).通過第二步軟膜復(fù)制,得到具有葉片表面正結(jié)構(gòu)的PDMS膜(見圖4B).葉片表面的微觀粗糙結(jié)構(gòu)較好地復(fù)制到PDMS膜上,其中,微米級(jí)結(jié)構(gòu)(一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu))的大小、分布與葉片表面相同,大部分納米級(jí)結(jié)構(gòu)也得以復(fù)制.平滑的PDMS膜表面不具有超疏水性,CA僅為119.1°[13].由于仿生PDMS膜表面復(fù)制了葉片表面的微納米分層結(jié)構(gòu),因此疏水性(CA150.3°)遠(yuǎn)高于平滑的PDMS膜表面,但低于天然葉片表面(見圖2B).納米級(jí)結(jié)構(gòu)的復(fù)制目前仍是功能材料仿生制備的難點(diǎn),如何實(shí)現(xiàn)高分子材料有效滲入納米尺度的空隙是下一步研究的重點(diǎn)[9].

        (A)PVA反膜;(B)PDMS正膜

        3 結(jié) 論

        櫻桃葉片主要由蛋白質(zhì)、脂類、糖等天然疏水材料組成,具有復(fù)雜的微納多級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)、特殊的復(fù)合浸潤(rùn)性(超疏水性、低黏附性)和優(yōu)異的自清潔性,CA和SA分別為155.1°和4.6°.本文以葉片為仿生模板,成功制備了超疏水高分子膜(CA150.3°),但葉片表面的微納米多尺度結(jié)構(gòu)并未完全復(fù)制到PDMS表面,導(dǎo)致高分子膜表面的CA低于葉片表面的CA.疏水材料(材料耦元)與微納粗糙結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)耦元)的協(xié)同耦合作用使葉片表面達(dá)到超疏水.植物體表可作為納米仿生表面和特殊工程表面的設(shè)計(jì)模板.本文進(jìn)一步揭示了生物表面的特殊浸潤(rùn)性機(jī)理,為多功能界面材料的仿生制備提供了技術(shù)支持.

        [1] GUO Z G,LIU W M,SU B L.Superhydrophobic surfaces:from natural to biomimetic to functional[J].Journal of Colloid and Interface Science,2011,353(2):335-355.

        [2] 趙寧,盧曉英,張曉艷,等.超疏水表面的研究進(jìn)展[J].化學(xué)進(jìn)展,2007,19(6):860-871.

        [3] 高雪峰,江雷.天然超疏水生物表面研究的新進(jìn)展[J].物理,2006,35(7):559-564.

        [4] 王女,趙勇,江雷.受生物啟發(fā)的多尺度微/納米結(jié)構(gòu)材料[J].高等學(xué)?;瘜W(xué)學(xué)報(bào),2011,32(3):421-428.

        [5] LIU K,YAO X,JIANG L.Recent developments in bio-inspired special wettability[J].Chemical Society Reviews,2010,39(8):3240-3255.

        [6] LIU M J,ZHENG Y M,ZHAI J,et al.Bioinspired super-antiwetting interfaces with special liquid-solid adhesion[J].Accounts of Chemical Research,2010,43(3):368-377.

        [7] 粟常紅,肖怡,崔喆,等.一種多尺度仿生超疏水表面制備[J].無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào),2006,22(5):785-788.

        [8] FANG Y,SUN G,BI Y H.Preparation and characterization of hydrophobic nano silver film on butterfly wings as bio-template[J].Chemical Research in Chinese University,2014,30(5):817-820.

        [9] SUN G,F(xiàn)ANG Y,BI Y H,et al.Biomimetic fabrication of polymer film with high adhesive superhydrophobicity by duplicating locust wing surface[J].Chemical Research in Chinese Universities,2015,31(5):895-898.

        [10] FANG Y,SUN G,BI Y H,et al.Multiple-dimensional micro/nano structural models for hydrophobicity of butterfly wing surfaces and coupling mechanism[J].Science Bulletin,2015,60(2):256-263.

        [11] MIWA M,NAKAJIMA A,F(xiàn)UJISHIMA A,et al.Effects of the surface roughness on sliding angles of water droplets on superhydrophobic surfaces[J].Langmuir,2000,16(13):5754-5760.

        [12] CASSIE A B D,BAXTER S.Wettability of porous surfaces[J].Transactions of the Faraday Society,1944,40:546-551.

        [13] 孫剛,房巖,白雪花,等.以蝴蝶翅為模板構(gòu)建多級(jí)結(jié)構(gòu)的超疏水表面[J].東北師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,48(1):110-114.

        (責(zé)任編輯:方 林)

        Special complex wettability of cherry(Cerasuspseudocerasus)leaf surface and biomimetic fabrication

        FANG Yan,WANG Yu-qian,SUN Gang,GUAN Lin

        (School of Life Science,Changchun Normal University,Changchun 130032,China)

        The hierarchical microstructure,chemical component,and complex wettability of cherry(Cerasuspseudocerasus) leaf surface were investigated by means of a scanning electron microscope,a fourier transform infrared spectrometer,and a contact angle meter.Based on the rough morphology of leaf surface,a wettability model of pillar gibbosity was established.Using leaf surface as a duplication template,polyvinyl alcohol and polydimethylsiloxane as substrates,the biomimetic polymer films were fabricated by two-steps transcription.The leaf surface displays superhydrophobicity(contact angle 155.1°) and low adhesion(sliding angle 4.6°).The prepared polymer film succeeds in reproducing most of the micro-morphology and complex wettability of the leaf surface.The special complex wettability of the leaf surface is the cooperative result of multi-dimensional rough structure and chemical composition.

        cherry leaf;complex wettability;ultrastructure;adhesion;biomimetic design

        1000-1832(2016)04-0121-04

        10.16163/j.cnki.22-1123/n.2016.04.026

        2016-06-06

        國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31671010);吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201610205014,201610205079);長(zhǎng)春師范大學(xué)自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015007);長(zhǎng)春師范大學(xué)研究生學(xué)術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目(cscxy2015007).

        房巖(1965—),女,博士,教授,主要從事動(dòng)物學(xué)和工程仿生學(xué)研究;通訊作者:孫剛(1969—),男,博士,教授,主要從事生態(tài)學(xué)研究.

        Q 944.2;TB 17 [學(xué)科代碼] 180·1460

        A

        猜你喜歡
        乳突基團(tuán)水滴
        水滴大變樣
        “水滴”船
        中耳炎乳突根治術(shù)的圍術(shù)期有效護(hù)理干預(yù)模式分析
        改良乳突根治加鼓室成形術(shù)治療中耳炎的手術(shù)護(hù)理配合
        R基團(tuán)篩選技術(shù)用于HDACIs的分子設(shè)計(jì)
        水滴瓶
        芳烴ArCOR的構(gòu)象分析和基團(tuán)對(duì)親電取代反應(yīng)的定位作用
        內(nèi)含雙二氯均三嗪基團(tuán)的真絲織物抗皺劑的合成
        乳突線邊沿細(xì)節(jié)的觀察與識(shí)別
        兩個(gè)含雙磺酸基團(tuán)化合物的合成、晶體結(jié)構(gòu)及熒光性質(zhì)
        99国产精品久久久蜜芽| 中国农村熟妇性视频| 日本公妇在线观看中文版| 欧美精品久久久久久久自慰| 99热精品成人免费观看| 久久久久亚洲精品天堂| 国产自产在线视频一区| 久久久久成人精品免费播放动漫| 女人被男人躁得好爽免费视频| 四虎精品影视| 乱人伦人妻中文字幕不卡| 亚洲av综合日韩精品久久| 亚洲黄色一级在线观看| 亚洲av无码乱码国产精品| 久久久久99精品成人片试看| 中文字幕乱码亚洲无线| 久久伊人精品中文字幕有尤物| 亚洲精品tv久久久久久久久久| 精品成人av一区二区三区| 日韩二三区| 麻豆av在线免费观看精品| 青青操视频手机在线免费观看| 国产av综合网站不卡| 美女内射毛片在线看免费人动物| 精品人妻中文无码av在线| 在线视频你懂的国产福利| 亚洲成A人A∨久在线观看| 亚洲av在线观看播放| 人与人性恔配视频免费| 美女av一区二区三区| 国产成人久久精品区一区二区| 玩弄丝袜美腿超短裙校花| 午夜性刺激免费看视频| 欧美最猛黑人xxxx黑人表情| 国产精品久久人妻无码| 亚洲色图+国产精品| 亚洲综合久久久中文字幕| 成人女同av在线观看网站| 久久国产热这里只有精品| 亚洲网站免费看| 亚洲国产一区中文字幕|