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植物孢粉壁非光滑表面结构特征及其仿生脱附机理

任露泉;王淑杰;韩志武;邱兆美

  本文采用SEM电镜扫描技术对22个科62个属111个科的植物孢粉壁表面结构进行观察和分析,我们选出其中具有典型的非光滑表面结构的7个科9个属10个种的植物孢粉壁,并进行特征描述与分类,大致可以分成4大类:网纹型、网刺型、粒纹型、刺-粒-纹混合型,并指出了这些非光滑结构表面具有自清洁作用同时论证了其脱附机理。植物的自清洁作用与接触的水滴接触角有关,非光滑型表面水滴与其接触角CA>150°,在水滴倾角较小的条件下(CA<5°)就迅速滚落而不留痕迹。自清洁作用与其表面动能有关,高能的水滴下落后使非光滑表面发生弹性变形,使其利于除去植物沟槽内的污染颗粒,而(低能水滴)微雨不会使非光滑表面发生弹性形变,水滴冲不掉凹槽内污染颗粒,从而使自清洁作用减弱。自清洁作用与接触面表面势能有关,在某些植物粗糙的表皮上,空气被封闭,形成一个复合表面,扩大了水与空气的接触面,使植物表面与水接触面变小,形成一种低能表面使水珠被吸附而不发生扩散。这表明接触角与表面能有关,在光滑表面上,水珠表面能大,则接触角小;在非光滑表面上,水珠表面能小,则接触角大。自清洁作用与表面浸湿性有关,水珠在光滑表面上易于被吸附使运动速度降低,污染颗粒在运动中被置换而发生重新沉淀,不易被清洗掉,无自清洁作用。而非光滑表面上水珠不被吸附,其运动速度快,颗粒被移动的液体卷走,清洗得彻底。从生物进化的角度来讲,生物表面的这种微观非光滑结构是适应环境、生存竞争、自然选择的结果,亦即生物的主动自适应性的表现。而这种非光滑结构对于仿生学来讲具有重大的借鉴意义,尤其为发展绿色清洁技术提供了科学的理论依据。……