天然超疏水生物表面微纳米结构的仿生研究的开题报告

天然超疏水生物表面微纳米结构的仿生研究的开题报告一、研究背景超疏水表面的研究已经成为一个热门领域，因为超疏水表面在自清洁、防污染、抗菌、液滴沉积控制等方面具有应用前景。然而，传统的超疏水表面制备方法时间成本高、成本高、不具备可持续性。因此，为了解决这个问题，仿生学研究出现了，强烈推动了材料科学的发展。我们发现许多自然界的生物，如荷叶、蝴蝶、鲸鱼等，其表面都有微纳米结构，使得它们拥有出色的超疏水性能。这些生物表面的微纳米结构的颜色、类型、大小和间距等决定了它们的疏水性。因此，研究这些生物的微纳米结构可以为制备超疏水表面提供新思路。二、研究目标本研究的目标是：1.通过采集不同种类生物的样本，比如荷叶、蝴蝶、鲸鱼等，观察其微纳米结构并进行表征。2.研究这些生物微纳米结构对于液体的疏水性能影响。3.基于对不同生物的仿生学研究，设计和制备新型超疏水表面。三、研究内容1.生物样品采集和制备。选择不同种类的生物作为研究对象，通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）等手段对其微纳米结构进行表征和观察，并获得其疏水性能和适用范围。2.仿生研究设计和制备。基于对不同生物的观察和表征，设计和制备仿生材料，模拟天然超疏水生物表面的微纳米结构，探究其表面的超疏水性能。3.超疏水表面的性能评价。通过对仿生材料制备的超疏水表面的性能评价，包括其抗菌、防污染、自清洁和液滴沉积控制效果等进行分析和对比。四、研究意义1.解决传统超疏水表面制备方法成本高和可持续性不足的问题。2.通过仿生学研究，获得新的材料制备思路，探究和设计更好的超疏水表面。3.研究出新型超疏水表面的应用前景十分广阔，如汽车拱顶、玻璃、建筑材料等均可以应用，未来有很广阔的经济价值和社会意义。五、研究方法1.生物样品的采样是本研究的重要部分。实验室将通过联合实验室合作单位，在合适的时间和地点，收集野生生物样品，并采用相关采样方法进行处理和制备。2.采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）进行生物样品的表征和观察，以获得其微纳米结构和疏水性能的数据。3.本研究采用自主设计的仿生制备方法，制备仿生材料来模拟天然超疏水生物表面的微纳米结构，探究其表面的超疏水性能，并对制备的材料进行表征和评价。六、预期结果1.获得不同种类生物超疏水表面的微纳米结构形态和特征；2.探讨不同生物的微纳米结构与液体相互作用导致超疏水性能的规律；3.设计和制备仿生材料，并通过相关的表征和评价实验，考察其表面超疏水性能和适用范围。七、研究进度安排1.生物材料采集和制备，2021年11月-2022年3月；2.生物样品的表征和观察，2022年3月-2022年5月；3.仿生研究设计和制备，2022年5月-2023年3月；4.超疏水表面性能的评价和分析，2023年4月-2023年6月；5.写作开题报告、中期报告、论文，2023年6月-2024年2月。八、参考文献1.X.Li,etal.,“BioinspiredSuperwettingHierarchicalStructures:FromNaturetoArtificial,”Adv.Mater.,vol.28,no.45,pp.9999–10048,Nov.2016.2.L.Feng,S.Li,andY.L.Zhao,“SuperhydrophobicSurfaces:FromNaturaltoBiomimetictoFunctional,”J.Mater.Chem.,vol.19,no.29,pp.3824–3835,Jul.2009.3.T.Comtet,etal.,“BioinspiredInterfacialMaterialswithEnhancedWettingandInterfacialProperties,”Nat.Rev.Mater.,vol.5,no.4,pp.287–304,Apr.2020.4.M.M.Khan,etal.,“BioinspiredMicro-/NanostructuredSurfacesonMetalsforSuperhydrophobicity,Self-Cleaning,Antifoulin