● 摘要
仿生减阻技术的提出为减少运载工具能源消耗，实现节能减排提供了有效的技术手段。但由于逼真仿生减阻形貌结构复杂多级、难于制造，导致当前仿生形貌多采用简化形貌及刚/定模板进行复制，使得仿生形貌的减阻等综合特性难以充分发挥，迫切需要提出一种新的逼真仿生减阻形貌复制成形方法。本文提出了一种柔/变模生物成形方法，解决了逼真仿生减阻形貌复制的脱模、形貌缩放难题，提升了形貌减阻等综合效能。
在逼真仿生减阻形貌复制的脱模研究方面，采用弹性阴模板材料、表面减粘改性、紫外光固化等技术，解决了负脱模角仿生减阻形貌滚压复制的脱模难题。考察和确定了该工艺过程中的各项参数，搭建出大面积仿生表面滚压机构，制备了连续大面积仿生减阻形貌表面，并进一步对其在水流和空气等不同介质中的减阻性能进行测试，取得了良好的减阻效果。
在逼真仿生减阻形貌复制的生物缩放成形研究方面，利用PDMS在正己烷中的溶胀原理及紫外光固化材料的固化收缩特性，深入研究可变模板材料成分对其缩放比例的影响规律，并对工艺参数进行优化，实现了仿生减阻形貌的三维等比例缩放成形，放大和缩小制备的复制精度均在90%以上。通过减阻性能测试，证实了形貌调整可使其最佳减阻速度区发生移动，解决了固定模板生物复制成形难以调节减阻速域的难题。
在逼真仿生减阻形貌的界面附着特性研究方面，分析了粘液固相材料在逼真仿生形貌上的附着与消耗方式，附着是采用紫外光界面接枝的化学键连接，消耗是外表面水解长链的摩擦与溶解损耗，通过表面长链与形貌综合作用实现仿生复合减阻。优化了界面接枝工艺参数，分析与测试了粘液消耗过程中复合减阻率的变化规律，获得了超过单纯形貌或单纯粘液的减阻率。采用荧光标记法对硅藻群落在逼真仿生减阻形貌上的附着特性进行了表征，分别对静动态环境下的硅藻附着情况进行了定性和定量观察，证实了逼真仿生减阻形貌具有高效防污效能。
本文提出的逼真仿生减阻形貌复制的柔/变模生物成形方法，能够更好地发挥仿生减阻形貌的综合效能并扩大其应用范围，具有重要的理论意义和工程价值。