生物表面結(jié)構(gòu)與疏水性能研究

1、生物表面結(jié)構(gòu)與疏水性能研究王瑋琦 3110101712摘 要：本文總結(jié)了疏水性的表征參數(shù)、影響因素及兩種描述超疏水性能的經(jīng)典模型。綜述了目前研究的植物及昆蟲表面結(jié)構(gòu)與其疏水性能的關(guān)系。簡要介紹了仿生疏水材料的制備方法及應(yīng)用領(lǐng)域。通過上述內(nèi)容，概括了目前該領(lǐng)域研究存在的一些問題并探討了今后的研究發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：植物 昆蟲 表面 多級結(jié)構(gòu) 疏水性自然界的生物經(jīng)過億萬年優(yōu)勝劣汰的進化，優(yōu)化出各種形態(tài)、構(gòu)型、結(jié)構(gòu)和材料，展現(xiàn)出多種多樣的功能特性，成為對生存環(huán)境具有最佳適應(yīng)性和高度協(xié)調(diào)性的系統(tǒng)1。這其中蘊含的奧妙吸引人類不斷的探索、學(xué)習(xí)和模仿，以求解決人類生產(chǎn)生活中遇到的各種問題。自1977年以來，關(guān)

2、于動植物體表疏水性能的研究一直備受關(guān)注。許多植物和昆蟲的體表所具有超疏水、自清潔及定向浸潤等優(yōu)異性能，與其復(fù)雜的分級圖案化表面設(shè)計有關(guān)。例如著名的具有自清潔功能的荷葉表面顯示出多級結(jié)構(gòu)，其表面的層次是微米結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)多階層自組裝相結(jié)合而實現(xiàn)的2。這種功能性生物表面對于仿生自清潔材料的制備和發(fā)展具有極大的啟示和潛在的應(yīng)用價值。目前，已有大量的研究結(jié)果表明，生物體表的疏水性來源于其微納米結(jié)構(gòu)特性，且微米與納米層次的結(jié)構(gòu)在決定生物體表浸潤性上也起到各自不同的作用16。1 疏水性研究背景1.1 疏水性強弱的表征參數(shù)疏水性是指物體表面對水具有排斥能力的性能。通常把與水的接觸角大于90°的固體

3、材料表面稱為疏水表面，大于150°則稱為超疏水表面3。一個表面疏水性的強弱通過接觸角、滑動角、接觸角滯后等參數(shù)來衡量。其中，接觸角是衡量固體表面浸潤性最常用的標(biāo)準(zhǔn)。滑動角是指液體離開固體表面時的最小傾斜角，接觸角滯后是前進接觸角（指水滴開始滑動時后緣的最大接觸角）與后退接觸角（指水滴開始滑動時前緣的最小接觸角）之差4。1.2 疏水性強弱的影響因素疏水性是固體表面的重要特性，主要是由表面化學(xué)物質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)共同決定的，其中，表面微觀結(jié)構(gòu)起到更決定性的作用5。目前主要研究的微觀表面結(jié)構(gòu)有一級結(jié)構(gòu)、多級結(jié)構(gòu)、分形結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)及皺紋狀結(jié)構(gòu)等。在導(dǎo)致固體表面的超疏水性能的各種因素中，表面能和表面

4、粗糙度是主要的因素。當(dāng)表面能較低、粗糙度較高時，相對而言，該固體表面具有較高的疏水性。此外，固液氣三相接觸線的形狀、穩(wěn)定性及連續(xù)性等6,7對固體表面的疏水性也有很重要的作用。1.3 疏水性理論經(jīng)典模型目前主要有兩種理論來描述材料表面的疏水狀態(tài)：一種是Wenzel態(tài)，是指液滴進入固體微結(jié)構(gòu)內(nèi)部的超疏水狀態(tài)8；另一種是Cassie-Baxter態(tài)，是指固體表面的微結(jié)構(gòu)被空氣占據(jù)而液體不進入固體表面的微結(jié)構(gòu)中的超疏水狀態(tài)9。Wenzel方程表示為： cosW=rcosY (1)式中r定義為粗糙度，W和Y分別是Wenzel狀態(tài)下粗糙表面的接觸角和Young氏接觸角。Cassie-Baxter方程則表示

5、為： cosCB=(-1)+f(rcosY+1) (2)式中CB和Y分別是Cassie-Baxter接觸角和Young氏接觸角，r是粗糙度，f是液體所占投影面積比。而在實際的研究過程，Wang等人認(rèn)為液滴在超疏水表面的狀態(tài)可歸納為5種模型：Wenzel狀態(tài)，Cassie狀態(tài)，荷葉狀態(tài)（一種特殊的Cassie狀態(tài)），Wenzel和Cassie之間的轉(zhuǎn)變狀態(tài)，壁虎狀態(tài)10。具體模型如圖1所示。圖1 超疏水表面的狀態(tài)a:Wenzel狀態(tài)；b:Cassie狀態(tài)；c:荷葉狀態(tài)（特殊的Cassie狀態(tài)）；d:Wenzel和Cassie之間的轉(zhuǎn)變狀態(tài)；e:壁虎狀態(tài)2 植物表面結(jié)構(gòu)與疏水性能研究1997年，B

6、arthlott和Neinhuis通過觀察發(fā)現(xiàn)，許多植物葉片上不同微結(jié)構(gòu)（絨毛、表皮褶皺和蠟狀晶體）構(gòu)成的粗糙表面協(xié)同疏水的表皮蠟質(zhì)共同導(dǎo)致其表面的防水性能，而且，能夠伴隨水滴帶走污染顆粒，構(gòu)成自清潔表面，被稱為“荷葉效應(yīng)”11?；趯?00種防水植物物種的調(diào)查研究，給出了防粘附植物表面的微型態(tài)特征。那些能夠長效防水的葉片具有獨特、顯著的凸面或乳突狀表皮細(xì)胞，而且覆蓋有非常密集的蠟質(zhì)層；而那些只能在有限的時間內(nèi)防水的葉片只有微凸起的表皮細(xì)胞，通常缺乏密集的蠟質(zhì)層。此外，具有防水性能的物種都集中生活在草叢中，而罕見生活在樹木上。亞熱帶地區(qū)的濕地和受擾動區(qū)似乎具有更多的防水物種。植物表面非光滑結(jié)構(gòu)

7、通常包括表皮細(xì)胞形態(tài)及分布，表皮毛被、表皮蠟、表皮粉的化學(xué)性質(zhì)及單元體的形態(tài)、分布規(guī)律，直接影響著葉表面的疏水、防黏效果12,13。2.1 荷葉表面疏水性研究荷葉是一種半水生植物，生長有直徑可達30cm且具有優(yōu)異防水性能的盾形葉片。為了適應(yīng)水生環(huán)境，荷葉的氣孔通常位于上表皮。由覆蓋著密集蠟質(zhì)層的乳突構(gòu)成的分級結(jié)構(gòu)，是荷葉超疏水性能的重要基礎(chǔ)。荷葉的表皮細(xì)胞形成了不同高度和尖拱頂形的乳突狀結(jié)構(gòu)，并在全部表面范圍內(nèi)都覆蓋有較短的蠟質(zhì)管狀結(jié)構(gòu)（圖2-1a）。這種乳突結(jié)構(gòu)的直徑約在3.8-4.4m間（圖2-1b），而蠟質(zhì)管狀結(jié)構(gòu)的長度約為0.3-1m，厚度在80-120nm間（圖2-1c）。與其他植物

8、表面相比，荷葉有著更大密度但直徑要小很多的乳突結(jié)構(gòu)，這樣的特點使得荷葉與水滴有更小的接觸面積。最小化的接觸面積正是荷葉低粘附性的基礎(chǔ)。乳突結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性也確保了蠟質(zhì)管狀結(jié)構(gòu)得到一定保護15。正是由于荷葉特殊的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的超疏水和自清潔性能，也為人們研究和制備超疏水性材料提供了新的思路。圖2-1 荷葉表面(a,b)及荷葉表面角質(zhì)蠟狀晶體(c)的掃描電鏡照片152.2 玫瑰花瓣表面疏水性研究玫瑰花瓣的表面是一個同時具有超疏水和高粘附性能的表面，通常被稱為花瓣效應(yīng)。其表面呈現(xiàn)Cassie狀態(tài)，表面結(jié)構(gòu)如圖2-2中a和b所示?？芍ò瓯砻媸怯梢欢ㄖ芷谛躁嚵械奈⒚准壢橥患叭橥簧霞{米級的褶皺構(gòu)

9、成的。其中，呈周期性陣列的乳突平均直徑為16m，平均高度為7m（圖2-2a）；乳突頂端的褶皺寬度在730nm左右（圖2-2b）。這種微納復(fù)合結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了較好的超疏水性能，接觸角大約為152.4°（圖2-2c）17。與荷葉不同的是，當(dāng)?shù)罐D(zhuǎn)花瓣表面時，水滴仍可粘附在其表面（圖2-2d），這是二者表面不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計及微納尺度上的不同所造成的。對于花瓣而言，分級的微米和納米結(jié)構(gòu)在尺寸上均大于荷葉的微納結(jié)構(gòu)。這使得水滴更易于進入大的凹槽中，因此形成了Cassie狀態(tài)的潤濕模型17。圖2-2 玫瑰花瓣的掃描電鏡照片(a,b)；水滴在花瓣表面的模型(c)；當(dāng)花瓣倒轉(zhuǎn)時水滴在花瓣表面的模型(d)17

10、 根據(jù)玫瑰花瓣的表面微納結(jié)構(gòu)，F(xiàn). Lin等人利用PS薄膜復(fù)寫了相似的表面設(shè)計，并得到了接觸角可達154.6°的超疏水性表面17。這個工作提供了一種簡單可行的方法得到同時具有超疏水性和高粘附性的仿生表面。在復(fù)寫過程中，將玫瑰花瓣作為模板可實現(xiàn)大規(guī)模的合成，為此項技術(shù)的工業(yè)化發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。2.3 花生葉表面疏水性研究花生是一種常見的豆科作物。與低黏附超疏水的荷葉不同，花生葉表面同時具有超疏水和高黏附特性。水滴在花生葉表面的接觸角為151±2°，顯示出超疏水特性。此外，水滴可以牢固地附著在花生葉表面，將花生葉翻轉(zhuǎn)90°甚至180°，水滴均不會

11、從表面滾落，顯示了良好的黏附性（黏附力超過80N）。研究發(fā)現(xiàn)，花生葉表面呈現(xiàn)微納米多級結(jié)構(gòu)，丘陵狀微米結(jié)構(gòu)表面具有無規(guī)則排列的納米結(jié)構(gòu)?；ㄉ~表面特殊的微納米多尺度結(jié)構(gòu)是其表面呈現(xiàn)高黏附超疏水特性的關(guān)鍵因素。如圖2-3a，可明顯看到花生葉表面由丘陵狀微米結(jié)構(gòu)組成，而且相鄰微米結(jié)構(gòu)之間有明顯的溝槽。高倍數(shù)掃面電鏡照片（圖2-3b）表明丘陵狀微米結(jié)構(gòu)表面具有無規(guī)則排列的納米薄片結(jié)構(gòu)，這些無規(guī)則排列的納米薄片形成了微尺度下無序排列的空隙?；ㄉ~表面微納米多尺度結(jié)構(gòu)顯著增加了表面粗糙度，進而呈現(xiàn)表面的超疏水性能19。圖2-3 新鮮的花生葉在不同放大倍數(shù)下的掃描電鏡照片19花生葉與荷葉表面浸潤性的差別源

12、于它們各自表面微結(jié)構(gòu)的差異。對于低黏附的荷葉表面，其固-液-氣三相線是不穩(wěn)定的，水滴很難進入到荷葉表面的微結(jié)構(gòu)中去，所以水滴可以在荷葉表面很容易地滾動，呈現(xiàn)低黏附超疏水特性。然而，對于花生葉，水滴容易進入到比較大的微結(jié)構(gòu)中去，但是很難進入到更加細(xì)微的空隙中去，所以水滴在花生葉表面處于一種過渡態(tài)20-22。受此啟發(fā)，邱宇辰等人利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）復(fù)形得到了與花生葉表面微結(jié)構(gòu)類似的高黏附疏水表面19。但所得樣品的微結(jié)構(gòu)并未能完全復(fù)制微納多尺度結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致PDMS樣品表面的接觸角僅在135°左右，未達到超疏水特性。這也說明實現(xiàn)生物材料的表面微納復(fù)合結(jié)構(gòu)是目前仿生材料領(lǐng)域的一個難點，

13、如何實現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)的有效復(fù)制將是未來研究的重點。2.4 槐葉蘋屬浮葉水蕨表面疏水性研究 槐葉蘋屬浮葉水蕨能夠長期保留空氣。2010年，Barthlott揭示了其精密的表面設(shè)計。水蕨葉表面的分級結(jié)構(gòu)，主要是由覆蓋著納米級蠟狀晶體的打蛋器狀的復(fù)雜彈性表皮毛所構(gòu)成（圖2-4-1a）。四支根須聚集在一起形成一個總高度為2mm、頂部為打蛋器狀的特殊結(jié)構(gòu)（圖2-4-1b）。在已成熟的葉片中，每支根須末端細(xì)胞都縮聚到一起，形成四個死細(xì)胞的帽狀覆蓋層（圖2-4-1c）。除去這四個細(xì)胞的整個葉片表面均有蠟狀晶體覆蓋，這導(dǎo)致末端細(xì)胞非常光滑而蠟質(zhì)層在其他地方形成了納米級的粗糙度（圖2-4-1d）23。圖2-4-1

14、槐葉蘋屬浮葉水蕨表面的掃描電鏡照片23 (a)球形水滴在葉片上表面表明其超疏水性能；(b)四根須在頂部形成打蛋器狀結(jié)構(gòu)；(c)末端細(xì)胞收縮形成四個死細(xì)胞；(d)除末端細(xì)胞外葉片全表面覆蓋有納米級蠟質(zhì)層 槐葉蘋屬浮葉水蕨具有特殊的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，每根表皮毛的終端細(xì)胞都沒有蠟狀晶體，形成均勻分布的親水性補丁，約為其他完全疏水葉面的2%。研究結(jié)果表明，這些親水性的補丁能夠?qū)⒖諝?水界面銷連接到打蛋器表皮毛頂端，從而使空氣層穩(wěn)定，這樣就避免了特別在擾動流環(huán)境這樣不穩(wěn)定的狀態(tài)下，由于氣泡的形成和脫離而導(dǎo)致的空氣損失（圖2-4-2d）。這種超疏水表面結(jié)合親水補丁（Salvinia Effect，槐葉蘋屬效應(yīng)

15、）的獨特設(shè)計提供了一種新的長期保留空氣的先進裝置與理念23。圖2-4-2 a:低溫下水滴凍結(jié)葉片上的SEM照片；b,c:接觸區(qū)域的側(cè)視圖；c:超疏水性表面結(jié)合親水性補丁長期保留空氣的原理圖3 昆蟲體表結(jié)構(gòu)與疏水性能研究昆蟲體表是自然界中最值得關(guān)注的復(fù)合材料之一，其表面的微納米結(jié)構(gòu)具有很多令人感嘆的特性，如超疏水、自清潔及定向浸潤等24。昆蟲體表是體軀的最外層組織，由單一的皮細(xì)胞層及其分泌物所組成 由里向外可分為底膜、皮細(xì)胞層和表皮層3部分25。表皮層是由皮細(xì)胞分泌的一種異質(zhì)的非細(xì)胞層，分為內(nèi)表皮、外表皮和上表皮層。上表皮的層次依昆蟲種類而不同，一般分為表皮質(zhì)層、蠟層和護蠟層。護蠟層的厚度變化較

16、大，具有保護蠟層的功能。上表皮及其外層的化學(xué)成分在防止脫水方面有至關(guān)重要的作用。這些表面結(jié)構(gòu)因種類不同而有差異，但具有系統(tǒng)分類學(xué)意義。在鱗翅目和嚙蟲目翅、毛翅目完須亞目的前翅、雙翅目蚊科昆蟲翅脈和后緣均具鱗片結(jié)構(gòu)，一些甲蟲往往具乳突結(jié)構(gòu)，而在直翅目的種類中則為多邊形結(jié)構(gòu)。目前，已有的大量研究結(jié)果均表明，昆蟲體表的微納米結(jié)構(gòu)與其疏水性有很大的關(guān)系26-28。3.1 蝴蝶翅膀表面疏水性研究蝴蝶表面因為鱗片的存在而使其翅膀表面具有疏水性。蝴蝶鱗片主要有窄葉形、圓葉形、闊葉形和紡錘形4種類型，呈覆瓦狀排列（圖3-1b）。每個鱗片表面由亞微米級的縱肋、縱肋之間及縱肋之上的微納米結(jié)構(gòu)組成。當(dāng)翅膀表面有鱗片

17、存在時水滴與翅面的接觸角大約是150°，而蝴蝶翅膀表面鱗片的面積、長度、寬度、間距等指標(biāo)與該接觸角均不具有相關(guān)性28,29。納米結(jié)構(gòu)對蝴蝶表面潤濕性的影響主要是水滴在翅表的滑動具有方向性，如水滴在遠(yuǎn)離蝴蝶體軀縱軸的翅面上很容易滾落（圖3-1a），但是在與其相反的方向上則緊緊鑲嵌在翅面（圖3-1b、c），這兩種狀態(tài)可以通過翅膀的姿勢和翅表的氣流來調(diào)控。這說明這種特殊能力是翅表的微米級的鱗片和納米帶上的可以彎曲的納米端部有規(guī)律的排列的結(jié)果（圖3-1d、e）。當(dāng)蝴蝶翅膀向下傾斜時，納米端互相分開，水滴與翅表接觸形成了不連續(xù)的接觸線，水滴很容易從翅表滾離（圖3-1f）。當(dāng)翅膀向上傾斜時，微米

18、級的鱗片和納米端更緊密的接觸形成了相對連續(xù)的接觸線，而使水滴鑲嵌在翅表（圖3-1g）30。圖3-1 蝴蝶翅表方向粘附性機制30A:藍(lán)閃蝶，翅表黑色箭頭表示水滴沿遠(yuǎn)離身體中軸的方向(RO)滾落；B:當(dāng)翅膀向下傾斜時，水滴很容易從RO方向滾離翅面；C:當(dāng)翅膀向上傾斜時，水滴則鑲嵌在翅表；D,E:翅表鱗片結(jié)構(gòu)(標(biāo)尺: D 100 m，E 100 nm)；F,G:粘附機制的2種模型(F：滾落模型，G：鑲嵌模型)3.2 蟬翅表面疏水性研究蟬是半翅目中植食性昆蟲，常生活在高大的樹木或灌木叢中，其翅薄、翅脈發(fā)達。研究者對多種蟬類昆蟲翅表水滴的靜態(tài)接觸角及納米結(jié)構(gòu)進行了觀察、測量和比較（圖3-2），并利用X射

19、線光電子能譜儀（XPS）檢測了部分種類翅表的化學(xué)組成成分。研究發(fā)現(xiàn)，蟬類昆蟲翅表疏水性呈現(xiàn)出很大差別，接觸角為76. 8°-146. 0°。翅表疏水性的強弱是由其表面的納米級形貌結(jié)構(gòu)（主要為乳突）和化學(xué)成分（主要為蠟質(zhì)類）共同作用的結(jié)果。翅表乳突形狀不同，則疏水性不同，結(jié)構(gòu)均一的翅表疏水性較強；乳突基部直徑、基部間距及乳突高3 種參數(shù)對翅表的疏水性起很大作用，乳突基部直徑141nm、基部間距46nm及乳突高391nm 的翅表表現(xiàn)出最強的疏水性能31,32。圖3-2 4種蟬翅表納米結(jié)構(gòu)31A:白斑安蟬；B:草蟬；C:窄瓣寒蟬；D:金平寧蟬3.3 水黽足部疏水性研究 水黽能在水

20、面上自由活動而不被浸濕，一條足可以支撐其15倍體重的重量，不僅因其足表面分泌蠟質(zhì)的作用14，更主要的是足表面上的多級結(jié)構(gòu)引起的33。在足上具有與足表面成20°且方向一致的針狀剛毛，長大約 50m，直徑在幾百個納米到3m之間，在剛毛上具非常精細(xì)的納米溝（寬410nm，深100nm）。這種結(jié)構(gòu)使足表面吸附的空氣與水的接觸面積達到了96. 86% ，水滴在其表面上的接觸角達167. 6° ± 4. 4°，具有超強的疏水性能。圖3-3 水黽足部表面的掃描電鏡圖片33a:水黽足部典型側(cè)視圖；b:大量定向的細(xì)長型剛毛(20m)；c:剛毛上的納米級溝槽(200nm)3

21、.4 蚊子足部表面疏水性研究蚊子有很多特殊的功能，如可以毫不費力地停留在水面，而且能安全地飛離水面，也可以像蒼蠅一樣粘附在固體表面。在這些技能當(dāng)中，蚊子巨大的水面支撐力是最值得關(guān)注的，單支足能支撐起自身體重23倍的重量，這要比水黽能支撐起自身重量的15倍高很多33。經(jīng)觀察在蚊子足表面覆蓋著大量鱗片（圖3-4a），鱗片由結(jié)構(gòu)相同的微米級縱脊和納米級的橫脊構(gòu)成。縱脊間距因蚊子種類和鱗片不同，在1.5-2m之間，縱脊厚200-250nm之間。縱脊之間的橫脊間距大約幾百個nm到1m，橫脊厚約100nm（圖3-4b）。這種精細(xì)的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)使蚊子足表面具有153°的接觸角和驚人的水面支撐力3

22、4。除了足表面外，蚊子身體、翅及喙的下唇有的地方也覆蓋著一樣的鱗片。吸附在縱脊和橫脊空隙間的空氣在足-水界面形成納米墊防止足被浸濕。若應(yīng)用 Cassie方程來分析34，這種結(jié)構(gòu)使足表面吸附的空氣與水的接觸面積達到了85.3%。蚊子足上的這種微納米結(jié)構(gòu)使其具有較高的水面支撐力。圖3-4 蚊子足部分級的微米和納米結(jié)構(gòu)(a):定向排列的鱗片；(b):縱脊與橫脊之間精細(xì)的結(jié)構(gòu)排列3.5 蜘蛛網(wǎng)表面疏水性能研究草間蜘蛛是一種具有篩孔的蜘蛛，其蜘蛛網(wǎng)具有多級的微米和納米的復(fù)合結(jié)構(gòu)。在干燥條件下，這種篩孔蜘蛛的網(wǎng)主要由兩條微米級的主軸纖維（直徑為85.6±5.1m）組成。在主軸纖維上，周期性的分布

23、著紡錘形的節(jié)點是由定向取向的納米纖維組成（直徑在20-30nm）。對其結(jié)構(gòu)進行研究發(fā)現(xiàn)，紡錘形節(jié)點及連接處表面均由納米纖維組成，但由于前者納米纖維不定向排列而后者納米纖維單向排列，因此具有不同的性質(zhì)35。在造成蜘蛛網(wǎng)表面疏水性能的原理中，每一個納米級和微米級的結(jié)構(gòu)都有著自己的作用。在微米尺度上，兩條主軸纖維提供了足夠大的機械強度使得蜘蛛網(wǎng)可以承受獵物的重量和移動。而在納米尺度上，由于紡錘形節(jié)點及連接處表面有不同的表面粗糙度，二者提供不同的表面能，造成其表面的疏水性及定向浸潤性16。根據(jù)這一特殊結(jié)構(gòu)，Y. M. Zheng等人復(fù)寫了與該結(jié)構(gòu)相似的人工仿生材料（圖3-5b），在疏水性及定向浸潤性等

24、方面都得到了很好的效果35。圖3-5 蜘蛛絲的自然結(jié)構(gòu)(A)及人工仿生材料結(jié)構(gòu)(B)164 疏水性表面的制備方法及應(yīng)用領(lǐng)域隨著仿生學(xué)的發(fā)展，人們在超疏水性的仿生研究中取得了很大的進展，并且已經(jīng)利用多種方法制備出了多種性能優(yōu)異的超疏水性表面。一般來說，超疏水性表面可以通過2種手段來制備：一種是在疏水材料表面上構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)；另一種是在粗糙表面上修飾低表面能的物質(zhì)。制備的方法也多種多樣，如：聚合物固化36、溶膠-凝膠法37,38、嵌段聚合物的相分離法39、模板法40、氣相沉積法41、激光刻蝕法42,43,44及目前多采用的自組裝45,46,47等。但是，目前還存在著許多問題需要深入探討研究。至于疏水

25、性表面的應(yīng)用，是由其具有的不同功能（如自清潔、減阻等）決定的，例如，它可以用來防雪、防污染、抗氧化以及防止電流傳導(dǎo)等，可用在防雨設(shè)備、農(nóng)藥制備、機械潤滑、礦物浮選、注水采油、金屬焊接、印染及洗滌等相關(guān)領(lǐng)域。5 存在的問題及研究發(fā)展方向研究材料范圍需擴大和深入。目前，人們研究的生物體表疏水性只占總生物數(shù)量的極少部分，且一些水生或半水生生物的表面疏水性機理報道較少。形態(tài)學(xué)的生物機制分析依賴于結(jié)構(gòu)特征的理解，不僅要注重外部形態(tài)的觀察研究，還要加強內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究;此外，不同地域、生活史的不同階段的生物體表的疏水性有何不同，均值得進一步研究。化學(xué)成分及其功能研究較少。目前很少有報道指出生物表面影響疏水性

26、的化學(xué)成分及其功能研究。應(yīng)用方面需拓寬。在應(yīng)用方面，工作重點應(yīng)集中在疏水表面的各個領(lǐng)域，如紡織、涂層、基因傳輸、微流體以及無損失液體輸送的廣泛應(yīng)用上48。但是要真正制備一種具有需要的潤濕及自潔性能且有一定機械性能、較長使用壽命的超疏水表面以應(yīng)用于現(xiàn)實生活，在其機理以及方法或條件等方面都還存在較大的研究空間。仿生研究方面要拓展。在仿生研究方面，要從不同層次不同領(lǐng)域、多層次多方位進行，特別是多功能材料的研究。 一些生物體表的非光滑表面具多種優(yōu)異的功能，例如高強度抗壓特性49、減黏脫附50、減反射51等等。這些都有待于進一步的研究。參考文獻1任露泉，梁云虹. 耦合仿生學(xué)M. 北京：科學(xué)出版社，201

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