蜻蜓滑翔时三维串列柔性双翼气动效能分析

为进一步揭示蜻蜓翼在被动的柔性变形和串列双翼柔性干涉作用下对气流的影响机制,本文基于STAR-CCM+软件,采用流固耦合方法对Navier-Stokes方程进行数值求解。研究了杨氏模量为3 800 MPa、泊松比为0.25时,蜻蜓柔性复翼的变形及其气动特性响应规律。研究表明：蜻蜓翼保持正向高置差气动布局均会带来相似且有益的影响。迎角5°时,1.2 mm的高置布局相比低置气动布局的升力系数提升了5.2%,当迎角增大到25°时,差值达到19%。双翼干涉效应下,前翼的气动特性会得到明显的提升,后翼虽会损失一定的气动力,但总体而言,动态干涉是有益的。从双翼气流分离下诱导的后缘涡强度来看,后翼的涡要明显强于前翼。9 m/s以后,蜻蜓滑翔时由前翼承担主要载荷的方式缓慢过渡到后翼,而且后翼翼梢处受载较明显,其最大变形达到16 mm;扭转变形方面：速度一定时,随着滑翔时失速迎角增大,后翼的动态弯扭变形明显强于前翼,验证了蜻蜓翼大迎角下利用后翼机动滑翔的观点。     

氧化还原法刻蚀制备铜基超疏水表面

通过三氯化铁和铜的氧化还原反应,在铜基材料上制备了具有一定粗糙度的微结构表面。该表面使用月桂酸进行表面处理后,表现出优异的超疏水性能。水在该表面上的接触角可达161.6°。表面微结构和超疏水性能受刻蚀时间的影响较大。随着刻蚀时间的增加,表面上的微粗糙结构开始逐渐形成并增大,此过程对应的水的接触角不断增加,到一定程度后,逐渐趋于稳定。进一步考察了刻蚀剂的浓度、修饰剂的种类、浓度和时间等条件对于该表面超疏水性能的影响。结果表明,反应和修饰条件对铜表面的表面润湿性能具有明显的影响。     

紫外光刻技术制备各向异性超疏水表面

结合紫外光刻技术与湿化学刻蚀法,将掩模板上的条纹结构转移到锌基体上;然后利用月桂酸修饰降低表面能,制备出具有不同间距条纹结构的各向异性超疏水表面。使用接触角测量仪表征其浸润性、偏光显微镜表征其形貌结构、傅里叶红外光谱仪分析表面成分,利用接触角测量仪搭建简易的平台探究制备的具有条纹结构的各向异性超疏水表面的减阻性能。掩模板上5、10、15、30μm间距的条纹图案很好地转移到了锌基体上,经月桂酸修饰后接触角最高达156.26°。当间距d=30μm时,各向异性浸润性最显著,ΔCA=9.93°。实验表明可通过调节条纹间距来控制各向异性浸润性,各向异性浸润性程度ΔCA随条纹间距的增加而增加,平行于各向异性超疏水表面的条纹结构方向有一定的减阻性能。利用该方法可制备特殊结构的各向异性超疏水表面,用于流体定向减阻与运输,微流体器件等领域。     

超疏水磁性纤维素粒子的制备及性能表征

 采用纤维素为原料,制备了超疏水磁性纤维素粒子。竹溶解浆用氢氧化钠/尿素/水体系溶解,在水中再生形成纤维素粒子。再采用原位沉淀法制得磁性纤维素粒子,正十八烷基三甲基硅烷修饰后得到超疏水磁性纤维素粒子。用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、热失重分析仪（TG）和液滴形状分析仪（CA）对改性纤维素粒子的形貌、化学结构、热稳定性和超疏水性进行了分析。改性纤维素粒子表现出超疏水性能和磁响应性能,水接触角达到151.2°。改性纤维素粒子可以包裹水滴和甘油形成液体弹珠。     

在辉光放电电解等离子体处理的铜基表面上接枝硬脂酸制备超疏水材料

利用辉光放电电解等离子体技术对铜基底表面进行活化,再经硬脂酸修饰,得到铜基底超疏水性材料.考查了Na2SO4浓度、放电电压、放电时间、硬脂酸-甲醇溶液浓度、接枝时间以及接枝温度对超疏水表面性能的影响.用接触角仪、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FTIR)对铜表面的润湿性、表面元素组成及结构进行了表征和分析.结果表明,经修饰的铜基底表面具有良好的疏水性,接触角高达155.30°,滚动角小于5°,且稳定性良好.     

超疏水钢表面的制备及其抗结霜性能

为了改善传统钢铁表面较差的抗结霜性能,对钢片表面先后进行高能微米喷丸处理和氟化处理,采用扫描电子显微镜、接触角测量仪和抗结霜试验设备研究了钢片表面形貌、浸润性和抗结霜性能的变化.结果表明,高能微米喷丸处理在钢片表面成功构建了微米一纳米复合结构,且喷丸尺寸越细小,得到的微观结构越细小均匀.喷丸一氟化复合处理后,钢片表面与水滴接触角可高达160.,滚动角小于2.,显示出超疏水性和低黏附性.低温结霜试验表明,制备的超疏水钢片在试验过程中只有少量的霜晶出现,而未经处理的钢片已形成霜层.分析认为超疏水钢表面与水滴间的热量交换较小,水滴不易凝结,从而有效地提高了抗结霜性.抗结霜性良好的超疏水钢有望在热交换器或低温运行设备等领域获得应用.     

镁合金表面超疏水性的构建及耐腐蚀性分析

为了改善传统镁合金表面较差的耐腐蚀性能,对镁合金表面依次进行硫酸刻蚀处理和电沉积处理,并采用扫描电子显微镜、接触角测量仪和电化学测试系统研究其表面形貌、疏水性和耐腐蚀性的变化.扫描电子显微镜的结果表明,硫酸刻蚀-电沉积法在镁合金表面构建了一种微米-纳米多级复合结构,降低了表面能.接触角测量结果表明,制备的镁合金表面水滴静态接触角可达160°,显示出优异的超疏水性和低黏附性.电化学测试结果表明,与未处理的镁合金表面相比,硫酸刻蚀-电沉积法制备的镁合金表面的腐蚀电位提高了95 mV,对应的腐蚀电流密度和腐蚀速率均降低了1～2个数量级,表面腐蚀程度明显降低,说明这种镁合金表面具有良好的耐腐蚀性能.     

巨轮型多金属氧酸盐纳米超薄多层膜的制备

首次将巨轮型纳米多孔多金属氧酸盐Na₁₅［Mo^VI₁₂₆Mo^V₂₈O₄₆₂H₁₄(H₂O)₇₀］_0.5［Mo^VI₁₂₄Mo^V₂₈O₄₅₇H₁₄(H₂O)₆₈］_0.5·ca.400H₂O通过层层自组装的方法,与聚乙烯基亚胺（PEI）通过静电作用自组装形成纳米超薄多层膜。该膜的制备过程通过紫外可见光谱进行监测,巨轮型纳米多孔多金属氧酸盐的特征吸收峰的吸收值随着层数的增加呈线性增长关系,表明在纳米超薄多层膜的组装过程中巨轮型多金属氧酸盐的结构没有被破坏,自组装成膜的过程是一个层层均一、反复生长的过程,每层吸附循环沉积的聚电解质和多金属氧酸盐的量相等。对纳米超薄多层膜的偏振紫外光谱的研究表明巨轮型纳米多孔多金属氧酸盐分子在纳米超薄膜中不是杂乱无章随意排列堆积的,而是在带高负电荷的巨轮型纳米多孔多金属氧酸阴离子间存在的静电排斥作用下彼此平行倾斜在基片表面并且与基片表面成一定的取向角从而减低整个体系的能量达到最稳定状态。     

泡沫铜纳米针超疏水表面电化学构建技术及其油水分离特性

采用电化学氧化法,在泡沫铜多孔材料表面构建了纳米针结构.利用扫描电子显微、X射线衍射图谱分析及油水测试方法研究了电流密度对表面微观形貌、组成成分、润湿性和油水分离特性的影响.结果表明,增大电流密度可促进Cu(OH)2纳米针绒毛状微米团簇的生成,形成微纳复合结构,使超浸润性和油水分离特性明显提高.当电流密度为6 m A/cm2时,泡沫铜表面具有微纳复合结构.表面经改性后,水滴的静态接触角为161°,滚动角为7.2°,油滴则在表面完全润湿铺展,油水分离效率高达98%.同时,此改性表面显示出良好的抗水冲击性和耐水压性.     

Fabrication of multilayer films from regenerated cellulose and graphene oxide through layer-by-layer assembly

A key challenge in the preparation of nanoplatelet-filled polymer composites is the ability to realize the nanometer-level dispersion and the planar orientation of nanosheets in polymer matrices. In this report, multilayer films were successfully fabricated by layer-by-layer assembly of regenerated cellulose and graphene oxide, in which graphene oxide nanosheets were used as the building blocks. The thickness of 50 layer film is about 20 mm and it exhibits a high degree of smoothness. This may be attributed to the well-defined layered structure with high degree of planar orientation and nanolevel assemblies of graphene oxide nanosheets in the polymer matrices. Typical field emission scanning electron microscope images demonstrate an ordered arrangement of layers. The electrical conductivity of the multilayer films shows a remarkable increase with increasing layer of the films. A significant enhancement of mechanical properties has been achieved, that is, a 110.8% improvement of elastic modulus and a 262.5% increase of hardness respectively.     

木材表面SiO2/环氧树脂/氟硅烷复合超疏水膜的构建

【目的】为获得具有良好机械耐磨性的超疏水木材,构建了木材表面SiO₂/环氧树脂/氟硅烷复合超疏水膜。【方法】采用两步法在木材表面构建有机/无机复合超疏水涂层,在木材基底预置透明环氧树脂底层以覆盖木材表面天然微沟槽结构,然后构建SiO₂/环氧树脂/氟硅烷(FAS)复合超疏水薄膜。采用场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜以及傅里叶红外光谱仪对超疏水涂层的微观形貌和化学组成进行表征,并测试其疏水、疏油和机械耐磨性能。【结果】木材表面复合超疏水涂层具有精细的微/纳米二元粗糙结构,该结构协同低表面能物质FAS,使木材表面不仅具有良好的超疏水性能(水静态接触角为153°,滚动角低于4°),而且疏油(乙二醇接触角为146°,滚动角低于11°); 经砂纸多次磨擦后木材表面水接触角和滚动角基本不变,超疏水性能保持稳定,超疏水涂层的微纳米结构及疏水物质依然保留,表现出良好的机械耐磨性。【结论】有机/无机复合超疏水涂层体系中,环氧树脂由于黏结作用使得SiO₂纳米粒子与木材基底形成牢固的结合,从而赋予涂层良好的机械稳定性。     

Effect of flapping trajectories on the dragonfly aerodynamics

Insects cannot provide enough lift force to keep them afloat according to the conventional aerodynamics. But in fact they can not only perform the free flight, but also perform the maneuver activities such as fast take-off, suspending, back flight, etc. D…     

BOPP膜表面化学键组装制备多层膜

本文首先通过紫外光照射将半频哪醇自由基偶合到双向拉伸聚丙烯（BOPP）膜表面,然后利用该偶合基团上的羟基与对苯二甲酰氯（TPC）和双酚A（BPA）进行交替反复的逐步缩合反应,制备了以共价键结合的多层组装膜。采用紫外（UV）、红外光谱（ATR-FTIR）跟踪和证实了组装膜的形成,并且膜的组装比较规则。     

改性纳米碳酸钙制备超疏水涂层

通过油酸改性纳米碳酸钙颗粒使其表面由亲水性变成了疏水性,改性后的纳米颗粒与低表面能的有机硅树脂聚二甲基硅氧烷经过混合陈化固化过程后在玻璃表面形成超疏水涂层.实验通过改性后的纳米粒子在聚合物介质上构造纳米/微米尺度的结构表面.用接触角测量仪和扫描电镜分别检测涂层的疏水性能和涂层的表面形态.实验结果表面涂层有优异的自清洁能力,平均静态水接触角达160°滚,动角为6°,涂层表面成功构造了纳米/微米的双重粗糙结构.该方法简单有效具有很大的应用前景.     

Loss and recovery of wings in stick insects

The evolution of wings was the central adaptation allowing insects to escape predators, exploit scattered resources, and disperse into new niches, resulting in radiations into vast numbers of species. Despite the presumed evolutionary advantages associated with full-sized wings (macroptery), nearly all pterygote (winged) orders have many partially winged (brachypterous) or wingless (apterous) lineages, and some entire orders are secondarily wingless (for example, fleas, lice, grylloblattids and mantophasmatids), with about 5% of extant pterygote species being flightless. Thousands of independent transitions from a winged form to winglessness have occurred during the course of insect evolution; however, an evolutionary reversal from a flightless to a volant form has never been demonstrated clearly for any pterygote lineage. Such a reversal is considered highly unlikely because complex interactions between nerves, muscles, sclerites and wing foils are required to accommodate flight. Here we show that stick insects (order Phasmatodea) diversified as wingless insects and that wings were derived secondarily, perhaps on many occasions. These results suggest that wing developmental pathways are conserved in wingless phasmids, and that 're-evolution' of wings has had an unrecognized role in insect diversification.     

表面活性剂与PTFE涂层结构对润湿性的影响

以粗糙的超疏水聚四氟乙烯(PTFE)涂层为基体,研究表面活性剂的加入对溶液在粗糙PTFE涂层表面润湿性的影响.利用粗糙PTFE涂层表面Cassie方程计算和原子力显微镜(AFM)对表面活性剂分子在涂层表面的形貌进行表征.结果表明,在低表面张力范围内表面活性剂溶液不能润湿粗糙的超疏水PTFE涂层,而具有相似表面张力的有机溶剂可以润湿涂层表面.表面活性剂溶液与粗糙PTFE涂层表面接触时的空气分率始终维持在0.5以上,溶液不能完全进入PTFE粗糙结构,这点是导致低表面张力的表面活性剂溶液在粗糙PTFE涂层上不能润湿的原因.     

超疏水表面仿生原型制备技术研究分析

超疏水表面(superhydrophobic surface)是指水滴静态接触角>150°且滚动角<10°的材料表面,广泛应用于自清洁、防腐蚀、疏水抑冰与船舰减阻等诸多工程领域。基于仿生工程学原理,人们对典型超疏水仿生原型进行广泛研究,以期获取超疏水表面研制的理论基础。从呈现超疏水润湿现象的典型动植物体表入手,综述其表面微形貌结构特征对超疏水润湿特性的影响机制,介绍材料表面超疏水润湿行为量化表征的数学模型;重点关注仿生超疏水表面制备技术的最新研究进展,包括传统制备方法与3D打印制备技术,以及超疏水表面制备样件的功效表征;分析指出仿生超疏水表面的低成本、大面积、功效持久性是该领域未来发展的重要方向。研究成果可加深学者对超疏水润湿特性的认知,推动超疏水表面仿生研制新思路、新方法、新技术的发展。     

Characterization and application of Cu based superhydrophobic catalyst

Superhydrophobic (SH) Copper salt was prepared with the help of three different chemical etching agents and characterized by various analytical techniques like Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, UV–visible spectroscopy, X-ray diffractogram (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and scanning electron microscopy (SEM). The SH nature of the material was confirmed by water contact angle (WCA) measurement. Cu surface with the etching agent was made to produce SH Cu surface. Among the chemical etching agents the system with Cl, F and Si exhibited the SH character. The SH hierarchically structured heterogeneous materials produced were used as a catalyst for the reduction of Cr(VI) and 4-nitrophenol (NiP). The catalytic activities of the materials were compared on the apparent rate constant (k_app) and induction time (T_i). Among the catalyst systems used, the Cu-Trichoropentaflourooctylsilane (TCPFOSi) system exhibited the highest k_app and T_i values.