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遗态法制备植物叶片结构超疏水表面及其性能研究
摘要
近年来，在超疏水表面的制备方面，仿生学和遗态法制备成为了研究热点。本文以乌头叶片为参照，在其表面结构特点的基础上，采用遗态法制备了具有微纳米级别结构的超疏水表面。通过对比实验，探究了不同制备条件下超疏水表面的性能变化。结果表明，遗态法制备的超疏水表面具有良好的防污染性能和自清洁性能，具有广阔的应用前景。
关键词：超疏水表面；遗态法制备；仿生学；防污染性能；自清洁性能
1.引言
超疏水表面是指具有很高的接触角的表面，水在接触此类表面时形成球形珠状，并以极小的接触面与表面相接触，从而在材料表面出现超疏水现象[1]。这种表面具有很多的优点，如物体易清理、防水、抗腐蚀、抗冻结等，因而在很多领域得到广泛应用。
在超疏水表面的制备方面，仿生学和遗态法制备成为了研究热点。仿生学的主要思想是通过对自然界中生物的表面结构与性能进行分析和研究，来模拟其结构和性能，进而制备具有类似特性的材料。而遗态法则是指利用遗传算法优化表面结构，从而得到一种更为优良的材料表面[2]。
本文以乌头叶片为参照，在其表面结构特点的基础上，采用遗态法制备具有微纳米级别结构的超疏水表面。通过对比实验，探究了不同制备条件下超疏水表面的性能变化。结果表明，遗态法制备的超疏水表面具有良好的防污染性能和自清洁性能，具有广阔的应用前景。
2.实验方法
2.1基础材料的收集
乌头叶片是一种常见的具有超疏水性的叶片。本次实验中所采用的乌头叶片来自于山区野外采集，通过冷藏方式进行保存。
2.2遗态法制备
本次实验采用的遗态法制备方式如下：首先将基础材料进行清洗、去泥等操作，待干燥后在其表面涂抹聚亚砜(PVP)。接着，通过干燥、蒸发等步骤得到粘胶的表面。在此基础上，对表面进行光刻、腐蚀等操作，得到具有复杂微纳米级别结构的超疏水表面。
2.3实验条件对比
为了探究不同实验条件对超疏水表面的影响，本文分别设置了4组实验条件，分别为掺杂不同成分的PTFE水溶液，以及不同浓度的溶液。通过测量不同条件下样品的接触角，探究超疏水表面性质的变化。
3.结果分析
3.1叶片表面结构分析
乌头叶片的表面结构主要由微观突起和沿切向排列的微纤维组成，从而形成了微纳米级别的结构。本文利用遗态法器制备的超疏水表面被赋予了类似的叶片表面结构，其主要由纳米颗粒和纳米线构成，这些颗粒的排列方式呈现出与叶片结构相似的规律性。
3.2实验条件对超疏水表面性能的影响
通过对比不同实验条件下样品的接触角值，可以看出实验条件对超疏水表面性能有着很大的影响。在掺杂有氧化石墨烯的PTFE水溶液下，样品表现出更优异的超疏水性；而在较高浓度的溶液下，样品的超疏水性能明显降低。这些结果表明，实验条件的选择对超疏水表面的制备和性能有着至关重要的影响。
3.3超疏水表面性能测试
通过对比超疏水表面和非超疏水表面的黏附污染情况，可以看出超疏水表面具有良好的防污染性能。同时，在实验条件下，超疏水表面的自清洁性能也表现出较好的特性。
4.结论
本文以乌头叶片为参考，采用遗态法制备具有微纳米级别结构的超疏水表面。通过实验，探究了不同制备条件下超疏水表面的性能变化。结果表明，遗态法制备的超疏水表面具有优异的防污染性能和自清洁性能，具有极广的应用前景。随着对超疏水表面的不断研究和探索，其在多种领域中的应用前景必定会愈加广阔。