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扫描电子显微镜

Scanning Electron Microscope

 
 
 
 
 

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扫描电镜观察水虫表面:一种保留空气减阻的模型  

2013-02-18 15:01:17|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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翻译:驰奔  

       动物或植物的超级疏水表面引起仿生应用的极大兴趣。鉴于在过去,超级疏水表面的自洁净特性已经被广泛研究,但当它们在水下时,保持空气膜的能力却没有,因此受到很多关注。因为空气膜可以减小实体滑行通过过水的摩擦力,保持空气膜的表面引起经济学和生态学的极大兴趣。这打开了诸如低摩擦流体运输、降低船体的摩擦的仿生应用的远景。对这些应用,空气膜的持久度是最关键的。然而,在大多数疏水表面的空气膜一般持续不超过几天,少数半水生的植物和昆虫能够在较长时期内保持空气膜。最近我们发现,仰游蝽的翅鞘在流体静力学条件下,具有空气膜的持久性,因此被选为进一步调查。在这项研究中,我们对挑选出来的身体部位(腹甲、翅鞘上面、翅鞘下面),在空气膜保持特性方面,做了微米和纳米结构的比较。我们的调查,证明了翅鞘上侧,在流体静力学和流体动力学条件下,均显示出色的空气膜保持性。这个分层次的表面结构,在流体静力学条件下,能够保持一个完整的空气膜超过130天,而带有简单结构的身体其他部位,空气膜显示了裂痕(翅鞘下侧),或者几天以后完全消除(腹甲),此外翅鞘上侧可以在多达5m/s的流速下保持空气膜。很明显,带有微小稠密微刺和更大的两种类型刚毛的复杂表面结构,和这种出色的能力有关。除了很高的空气膜保持性以外,对一个相当大的流速直接作用在水和空气界面的观察表明显著的减小摩擦的能力。这两种能力的组合,使得这种分层次的表面结构,作为低摩擦流体运输和减低船体阻力的生物模型,令人具有非常大的兴趣。水虫的表面:一种保留空气减小阻力的模型 - COXEM北京办公室 - -韩国专业【扫描电镜】制造商COXEM-

 仰游蝽:可以快速的在水中潜入和游动,但大多数时间,其保持在水面以下,两双前腿和腹部尖端贴近水面。更大的刚毛和很小的微刺分层次结构覆盖在翅鞘表面。通过扫描电镜、粒子图像测速、空气膜持久性测试,我们回答如下问题:
(1)、随不同身体部位表面结构变化,空气保持性变化吗?
(2)、表面结构和空气膜持久性有关联吗?
(3)、在流体动力学条件下保持空气膜的可能性如何?
(4)、翅鞘表面减少的摩擦力是多少?

水虫的表面:一种保留空气减小阻力的模型 - COXEM北京办公室 - -韩国专业【扫描电镜】制造商COXEM-

 空气保留表面的特征:
有大的和稀疏的刚毛及很小稠密的微刺。刚毛来源于有插口的毗连细胞,归类为真正的毛发,而微刺来源于细胞表面,通过定义为非真正毛发。选择的三个身体部位,具有不同的表面结构。
       纯刚毛结构:2,300根每平方毫米,高度大约30微米,这些刚毛的指向尾部,末梢的方向向里弯曲,这些表面在腹部气囊的区域(腹甲图A B);
       纯微刺结构:在翅鞘下侧,(图C D) 翅鞘下表面只有微刺覆盖,这些平均高度1.2微米的小突起上的微刺显示在高度上有大的变化,密度达到580根/平方毫米。由于高度较低,这个部位只能保持少量的空气。可能只是有助于保持翅膀的干燥。
       具有刚毛和微刺的分级结构:在翅鞘上侧(图E F),微刺覆盖密度平均600万根/平方毫米,和翅鞘下侧类似,但高度(2.3微米)有点大。有两类刚毛,一类刚毛逐渐变细,在末梢或多或少的有些弯曲;另一类刚毛是帮状的。两类刚毛的合并密度大约为250根/平方毫米。在上侧的空气膜主要是为了保持翅膀干燥和为呼吸储存空气,但减阻应该是其捕猎时的额外优点。

疏水性特征:
       接触角:154°~ 158°
       倾斜角:腹部和翅鞘下侧为5°,  翅鞘上侧为15° 

 

 

摘译自:Beilstein J. Nanotechnol. 2011, 2, 137–144. doi:10.3762/bjnano.2.17
作者:Petra Ditsche-Kuru1,2 , Erik S. Schneider1 , Jan-Erik Melskotte3 , Martin Brede3 , Alfred Leder3  and Wilhelm Barthlott1
1Nees Institute for Biodiversity of Plants, Rheinische Friedrich-Wilhelms University of Bonn, Meckenheimer Allee 170, Bonn, 53115, Germany
2Department of Zoology: Functional Morphology and Biomechanics, Christian-Albrechts-University of Kiel, Am Botanischen Garten 1–9, Kiel, 24098, Germany
3Lehrstuhl Str?mungsmechanik, Universit?t Rostock, Albert Einstein Str. 2, Rostock, 18051, Germany

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