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典型生物非光滑表面形态特征及其脱附功能特性研究

作　者: 王淑杰
导　师: 任露泉
学　校: 吉林大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 工程仿生非光滑表面形态特征疏水性防黏性力学特性
分类号: TB17
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

生物非光滑表面是当前仿生工程领域研究的热点之一,本论文是在国家重大基础研究前期专项基金资助项目(2002CCA012000)教育部科学技术研究重点项目(105059)资助下完成的,其重点研究典型植物表面非光滑形态与功能特性之间的关系。试验主要选择东北常见的几种典型(具有非光滑形态)的植物叶片为样本进行电镜扫描,并对表面形态进行描述与分类分析,利用现代仪器设备对其表面润湿角、粘附力进行测定与分析,从中筛选出几种理想的生物非光滑表面疏水原型,并建立四类疏水表面的数学模型;同时还选择具有不同非光滑表面结构的植物叶片,利用万用试验机、纳米力学测试仪对其进行力学特性的测定与分析,探讨非光滑结构与材料的耐拉伸能力、材料表面耐压与耐磨能力的关系,建立了天然植物叶片(材料)的纵向受力模型,这将为工程仿生的表面耐磨涂层设计及其自然复合材料的选择、疏水性功能材料的选择与制备、工程仿生复合材料的设计以及天然生物材料的选择提供理论依据。

全文目录

提要  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 选题的目的与意义  10-11
  1.2 生物非光滑表面理论研究的现状与展望  11-17
    1.2.1 土壤动物体表非光滑理论及应用  11-13
    1.2.2 水生动物体表非光滑理论及应用  13-14
    1.2.3 植物表面非光滑的“莲叶效应”理论及其应用  14-17
  1.3 本论文研究的主要内容  17-20
第二章生物非光滑的仿生学基础理论  20-30
  2.1 仿生学及其研究内容  20-21
  2.2 生物学与仿生学的关系  21-23
  2.3 生物非光滑表面仿生理论  23-28
    2.3.1 非光滑定义及其分类  23-26
    2.3.2 生物非光滑效应的研究内容  26-27
    2.3.3 非光滑表面在仿生学中的应用研究  27-28
  2.4 仿生非光滑技术在工程上的应用研究展望  28-30
第三章典型生物非光滑形态分类与指标集的建立  30-52
  3.1 生物的多样性决定其表面形态的复杂性  30-31
  3.2 典型生物表面非光滑形态分类  31-37
    3.2.1 从结构单元形状分析  31-33
    3.2.2 从结构单元分布分析  33-35
    3.2.3 从表面整体形态分析  35-36
    3.2.4 从功能特性分析  36-37
    3.2.5 从非光滑构成的维数来分类  37
  3.3 生物非光滑形态评价指标集的建立  37-49
    3.3.1 评价方法  37-38
    3.3.2 非光滑形态评价指标参数的确定  38-49
  3.4 小结  49-52
第四章典型综合型非光滑表面形态特性的描述  52-58
  4.1 综合型非光滑表面特征  52-54
    4.1.1 复合型非光滑表面及特征  52-53
    4.1.2 嵌合型非光滑表面及特征  53
    4.1.3 耦合型非光滑表面及特征  53-54
  4.2 典型复合波纹状非光滑表面的数学描述  54-55
  4.3 典型复合型非光滑表面的参数特征  55-57
  4.4 小结  57-58
第五章植物表面非光滑形态特征与湿润及黏附特性试验分析  58-70
  5.1 试验材料与设备  58-60
    5.1.1 试验材料的采集  58
    5.1.2 扫描电子显微镜观察  58
    5.1.3 试样的制备  58-59
    5.1.4 测定表面（水滴）接触角的试验仪器  59
    5.1.5 表面黏附力测定的试验仪器  59-60
  5.2 试验分析  60-64
    5.2.1 植物表面非光滑形态描述及分类  60-61
    5.2.2 植物表面水滴接触角试验结果分析  61-63
    5.2.3 典型植物表面黏性介质的黏附力试验及其结果分析  63-64
  5.3 讨论与分析  64-66
  5.4 本章小节  66-70
第六章典型植物非光滑疏水表面的理想模型  70-80
  6.1 植物非光滑疏水表面的分类  70-71
  6.2 疏水表面模型分析  71-74
  6.3 植物几何非光滑疏水表面原型的筛选  74-75
  6.4 植物非光滑脱附表面模型的几何参数  75-79
    6.4.1 凸包型与凹坑型非光滑疏水表面模型及其特征参量  75-76
    6.4.2 圆锥型的非光滑疏水表面模型及其特征参数  76-78
    6.4.3 棱柱型非光滑表面模型的及其特征参数  78-79
  6.5 本章小结  79-80
第七章典型植物叶非光滑表面的纳米力学特性  80-88
  7.1 试验设备与方法  80-82
    7.1.1 材料的选择  80
    7.1.2 仪器设备  80-81
    7.1.3 纳米压痕仪的系统组成及纳米力学测量原理  81
    7.1.4 纳米力学分析样品的制备  81
    7.1.5 切片的制作与观察  81-82
  7.2 试验结果与分析  82-84
    7.2.1 最适加载量的确定  82
    7.2.2 植物叶片表面硬度的比较分析  82-84
  7.3 结果与讨论  84-86
  7.4 本章小结  86-88
第八章植物叶组织结构与力学特性关系研究  88-98
  8.1 试验设备与方法  88-90
    8.1.1 样品的采集  88-89
    8.1.2 试验仪器与设备  89
    8.1.3 试验方法  89-90
  8.2 试验结果与讨论分析  90-92
  8.3 植物叶片纵切面受力模型  92-97
    8.3.1 强度指标  93
    8.3.2 抗拉（压）强度极限  93
    8.3.3 孔隙的体积分数  93-95
    8.3.4 叶片的纵向切面受力模型  95-97
  8.4 本章小结  97-98
第九章结论与展望  98-106
  9.1 主要结论  98-102
  9.2 本文主要创新点  102
  9.3 存在的问题与展望  102-106
    9.3.1 存在问题  102-104
    9.3.2 今后研究的展望  104-106
参考文献  106-115
作者在攻读博士学位期间的研究成果  115-117
致谢  117-118
摘要  118-120
ABSTRACT  120-122

典型生物非光滑表面形态特征及其脱附功能特性研究

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