摘 要

材料表面微观形貌能影响其防污性能这一观点己经得到了越来越多的认可，昆虫长期生活在树林、稻田和草地等湿润环境中，其翅膀表面为抵御雨、雾、露以及尘埃等不利因素的侵袭，这就需要良好的疏水性能与自清洁性能。从研究昆虫翅膀表面形貌出发，分析其疏水机理，为开发以表面形貌防污为基础的海洋绿色防污方法奠定基础。

通过超景深三维显微镜与OCA20视频光学接触角测量仪对白斑迷蛱蝶与卷蛾翅膀表面的微观结构进行观察，观测了鳞片的总体结构并测量了单个鳞片的大小，同时对两类昆虫翅膀的表面静态接触角进行了测量，通过分析得到翅膀表面具有超疏水性。用Young、Wenzel以及Cassie的理论分析了翅膀表面整体组合结构以及鳞片自身的微观结构与疏水性、自清洁性之间的关系。

通过对海洋防污机理分析与传统防污手段总结，仿昆虫翅膀表面的涂料能够实现良好的防污性能，通过其良好的疏水性能抑制海洋生物粘附，从而达到防污的目的，能够实现良好的经济性和环保性。

关键词：防污；昆虫翅膀；疏水性；表面形貌

Abstract

The view that the microtopograhpy of the material can affect its antifouling performance has been recognized more and more,and insects live in moist environments such as woods,paddy fields and grassland for long periods of time,and their wings are resistant to rain, fog, dust and other unfavorable factors of the invasion,which requires good hydrophobic performance and self-cleaning performance.Based on the study of the surface morphology of insect wings,the hydrophobic mechanism was analyzed,which laid the foundation for the development of marine green antifouling method based on surface morphology antifouling.

The microtopograhpy of the surface of the wings were observed by the superficial depth of the three-dimensional microscope and the OCA20 video optical contact angle measuring instrument. The overall structure of the scales was observed and the size of the individual scales was measured.At the same time,The surface static contact angle was measured by analyzing the surface of the wings with super-hydrophobicity.Using Young,Wenzel and Cassie's theory,the relationship between the microtopograhpy and the hydrophobicity and self-cleaning of the flap surface as a whole is analyzed.

Through the analysis of the antifouling mechanism of the ocean and the traditional antifouling methods.The coating on the surface of the insect wings can achieve good antifouling performance and inhibit the adhesion of marine organisms through its good hydrophobic properties.To achieve the purpose of anti-fouling,to achieve good economy and environmental protection.

Key words:antifouling；insect wings；hydrophobicity；surface topography

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文研究的主要内容 3

第2章 昆虫翅膀表面形貌的测量 5

2.1 引言 5

2.2 实验部分 5

2.2.1 实验对象 5

2.2.2 实验器材 6

2.2.3 实验方法 7

2.3 昆虫翅膀表面的观察 7

2.4 本章小结 9

第3章 昆虫翅膀疏水性能分析 10

3.1引言 10

3.2.1 Young氏方程 10

3.2.2 Wenzel与Cassie模型 11

3.3 实验部分 12

3.3.1 实验仪器 12

3.3.2 实验方法 12

3.3.3 实验数据及分析 13

3.4 本章小结 15

第4章 基于昆虫翅膀的海洋防污机理分析 16

4.1 引言 16

4.2 海洋防污发展历程 16

4.3 基于昆虫翅膀的仿生防污材料研究思路 17

4.3.1 防污机理 17

4.3.2 研究思路 18

4.4 本章小结 19

第5章 结论与展望 20

5.1 结论 20

5.2 展望 20

参考文献 21

致谢 24

第1章 绪论

1.1 研究的目的和意义

船舶在海洋中航行时，污损生物会不可避免的吸附到船体表面，如海洋生物幼虫等，海洋生物污损开始形成。海洋生物污损会导致一系列的问题，船体表面由于海洋生物附着，使得原本设计的减阻功能变弱，使得航行时所受阻力增大，这会严重影响船舶的航行速度。同时由于大量生物附着，船体自重的增加，会使燃料消耗增大，大大减少经济效益，而船体表面的腐蚀会减少船舶寿命，进船坞维修次数增加。有关研究指出，海洋生物污损导致的燃油耗费,大约占航运燃油总消耗的30%～50%^[1]，因此，减少海洋生物污损的研究是具有经济性和重要军事意义的。

目前，主要通过对船体表面涂防污涂料，减轻海洋生物污损对于船舶航行的影响。传统的防污涂料虽然有着高效的防污性能，但是其对于海洋生态环境的影响不可忽视，不仅会对非海洋附着生物造成损害，也会对人类自身造成一定的安全问题。随着经济的发展，当前世界对于环保问题日益重视，传统的防污涂料对生态环境影响较大，显然不满足当下的绿色环保理念，最终这些有毒防污涂料会伴随着新技术和产品的出现而终结，因此，对于海洋生物污损的的防治，绿色环保将是重要一环。