仿爬山虎吸盘的模板构筑研究

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爬山虎是一种神奇的植物,能够通过产生粘液将吸盘牢固的粘附在基体表面,体现出超强的力学特性,但当前科学界对爬山虎的研究主要还集中在其生物特性上,对其神秘的粘附机理还无从得知,因此对爬山虎的仿生制造研究显得越发的具有研究价值和科学意义。研究者通过扫描电子显微镜观察发现爬山虎吸盘的表面存在大面积的柱状与孔状微纳结构,这些结构必然与爬山虎的超高粘附性有着千丝万缕的联系。构筑仿爬山虎吸盘表面结构并予以表征是本论文的研究思路,本硕士学位论文首先通过二次阳极氧化法成功制备了多种不同孔径的有序多孔氧化铝(AAO)模板,并利用模板法构筑得到了表面为纳米柱状和微孔状结构的聚苯乙烯薄膜,初步实现对爬山虎吸盘的结构仿生制备,并对所构筑聚苯乙烯结构薄膜的表面性能进行了测试。本学位论文的主要研究工作如下:1、以高纯度的铝为初始材料,通过二次阳极氧化法成功制备得到了多种不同孔径的阳极氧化铝(AAO)模板,同时利用SEM、AFM等表征手段研究了电解液种类、温度、浓度、电压以及铝片纯度等条件对AAO构筑的影响,并在此基础上探讨了AAO的生长机理。2、以不同尺寸的阳极氧化铝(AAO)为模板,采用溶液注入法和熔融法,得到了不同尺寸和形貌可控的聚苯乙烯(PS)纳米柱状结构和大孔状结构;同时还通过一系列实验讨论了加热温度、时间、模板孔径以及聚合物浓度等条件对构筑聚苯乙烯结构薄膜的影响。3、对制备的聚苯乙烯结构薄膜进行了润湿性、表面自由能及粘附功的一系列界面性能测试。通过与表面平滑的块状聚合物相对比,显示了仿吸盘构筑聚苯乙烯结构薄膜在疏水性及粘附性上有了较大改进,尤其是聚苯乙烯纳米管结构,其表面自由能及对水的粘附功都有了较大程度的提高,也在一定程度上证实了爬山虎吸盘的表面结构对其超高粘附性的影响,为进一步的仿生制造提供了依据。
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