蝴蝶翅表面多级微/纳结构疏水模型及耦合机理

使用扫描电子显微镜（SEM）、接触角测量仪和红外光谱仪（FT-IR），观测了27种蝴蝶翅表面的微观结构、复合浸润性和化学成分．利用Cassie方程建立了蝴蝶翅表面微／纳结构疏水模型，从生物耦合角度探讨了疏水机理．结果表明，蝴蝶翅表面由天然疏水材料组成，具有复杂的多级微／纳结构，包括一级结构（微米级鳞片）、二级结构（纳米级纵肋和横桥）和三级结构（纳米级突起）．翅表面具有高疏水性（接触角138°～157°）和低黏附性（滚动角1°-3°）．翅表面微观形貌和自清洁性具有显著的各向异性．这种特殊的复合浸润性是材料耦元与结构耦元耦合怍用的结果．微米级鳞片的宽度越小、间距越大，纳米级纵助的高度越小、宽度越小、问距越大，翅表面疏水性越强．研究结果有助于进一步流调结果揭示生物表面的疏水机理，为智能界面材料的仿生设计和制备提供启示．