蝗虫翅表面微观结构及疏水耦合机理

吉林大学学报(工学版) ›› 2012, Vol. 42 ›› Issue (增刊1): 419-422.

蝗虫翅表面微观结构及疏水耦合机理

房岩^1,2, 孙刚², 丛茜¹, 郭华曦¹

1. 吉林大学工程仿生教育部重点实验室,长春 130022;
2. 长春师范学院生命科学学院,长春 130032

收稿日期:2012-03-15 出版日期:2012-09-01 发布日期:2012-09-01
通讯作者: 孙刚(1969-),男,教授,博士.研究方向:环境学,仿生学.E-mail:sungang@nenu.edu.cn E-mail:sungang@nenu.edu.cn
作者简介:房岩(1965-),女,教授,博士.研究方向:工程仿生学.E-mail:fangyan124@yahoo.com.cn
基金资助:
吉林大学工程仿生教育部重点实验室开放基金项目(K201004);吉林省科技厅自然科学基金项目(201115162);吉林省科技发展计划项目(20100187);吉林省教育厅科技计划项目(2008163,2009210,2010373,2011186);长春师范学院自然科学基金项目(201020).

Micro-structures and coupling mechanism of hydrophobicity on locust wing surface

FANG Yan^1,2, SUN Gang², CONG Qian¹, GUO Hua-xi¹

1. Key Laboratory for Bionic Engineering, Ministry of Education, Jilin University, Changchun 130022, China;
2. School of Life Science, Changchun Normal University, Changchun 130032, China

Received:2012-03-15 Online:2012-09-01 Published:2012-09-01

摘要/Abstract

摘要： 使用体视显微镜、扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱仪和视频光学接触角测量仪,研究了4种蝗虫(黄胫小车蝗Oedaleus infernalis、异翅负蝗Atractomorpha heteroptera、花胫绿纹蝗Aiolopus tamulus、中华稻蝗Oxya chinensis)翅表面的微观结构、化学成分及疏水性,建立了蝗虫翅表面的微观结构疏水模型,分析了蝗虫翅表面疏水耦合机理。结果表明,蝗虫翅表面具有规则排列的微米级柱状乳突结构,乳突直径为1.6～2.3 μm,高为2.3～3.2 μm,间距为6.8～7.6 μm。翅表面为长链烃类、脂肪酸酯和脂肪酸醇构成的蜡质层,是天然疏水表面,具有较强疏水性(接触角为139.0°～150.4°)。液滴与翅表面呈复合接触,符合Cassie方程。翅表面的高疏水性是微米级粗糙结构(结构耦元)与蜡质晶体(材料耦元)协同作用的结果。

关键词: 仿生学, 蝗虫, 翅表面, 微观结构, 疏水性

Abstract: Using a stereo microscope, a scanning electron microscope, a Fourier transform infrared spectrometer, and a video-based contact angle meter, the micro-structure, chemical composition, and hydrophobicity of wing surface of five butterfly species were investigated. The hydrophobicity model based on micro-structure of locust wing surface was established, and the coupling mechanism of hydrophobicity on locust wing surface was discussed. The wing surfaces of four butterfly species tested display regular micrometer-rough structure. Pillar gibbosities distribute on fore wing and hind wing surfaces of Oedaleus infernalis, Atractomorpha heteroptera, Aiolopus tamulus, and Oxya chinensis, the diameter of gibbosity is 1.6～2.3 μm, the height of gibbosity is 2.3～3.2 μm, the spacing of gibbosity is 6.8～7.6 μm. Locust wing surface is a wax layer composed by long chain hydrocarbon, tallate and fatty-acid alcohol, which is a natural hydrophobic surface and has higher hydrophobicity (contact angle 139.0°～150.4°). Composite contact occurs between droplet and wing surface, fitting Cassie equation. The high hydrophobicity of wing surface is the result of cooperative effect by waxy crystal (material coupling elements) and micrometer- rough structure (structure coupling elements).

Key words: bionics, locust, wing surface, micro-structure, hydrophobicity

中图分类号:

Q811.9

房岩, 孙刚, 丛茜, 郭华曦. 蝗虫翅表面微观结构及疏水耦合机理[J]. 吉林大学学报(工学版), 2012, 42(增刊1): 419-422.

FANG Yan, SUN Gang, CONG Qian, GUO Hua-xi. Micro-structures and coupling mechanism of hydrophobicity on locust wing surface[J]. 吉林大学学报(工学版), 2012, 42(增刊1): 419-422.

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