表面动态脱水仿生技术及其应用

作者：郑益华; 张成春^*; 孙金焕

来源：表面技术, 2021, 50(08): 28-39+50.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.08.003

• 超疏水
• 脱附
• 仿生自清洁
• 动态润湿控制
• 表面运动
• 表面脱水

应用于空中、陆上、海上及深海的一些重要装备关键构件表面的附着水严重削弱了其自清洁、防污抗锈蚀等特殊性能。利用基于仿生策略研发的表面快速脱水技术,可高效、实质性地剥离表面黏附水,具有重要的现实意义。总结了现阶段关于表面脱水的研究进展、科研趋势及应用局限性,从自然界中生物对润湿现象的优异控制行为与功能原理出发,概述了水的动、静态界面现象及其机理,重点阐述了三相接触线"去钉扎"(De-pinning)理论、接触时间等因素对表面水的动态剥离所起的决定作用。以黏附水在脱离表面时是否存在额外能量消耗,将脱水行为分为"被动脱水"和"主动脱水"两大类,归纳了表面的动态脱水行为及应用优劣势。概括了荷叶、鸟类羽毛等被动润湿控制行为与表面刚度、特殊宏观纹理、倾斜角度对表面脱水、固液接触时间的积极影响及应用研究。在此基础上,进一步总结翠鸟、蜂鸟、蚊虫、哺乳动物在其主观意识下的晃动、高速移动等主动脱水行为的功能原理,列举了采用动力装置驱动表面实现移动、振动脱水效果的仿生应用研究进展。最后,探讨并展望了应用移动、振动等仿生运动诱导,结合表面超疏水性、各向异性等优异特性协同的脱水策略,利用"仿生主动脱水"与"被动快速脱水"有机结合,实现表面水体实质性脱附的优缺点及其应用前景。

• 单位
  广西科学院; 吉林大学; 汽车仿真与控制国家重点实验室