● 摘要
金边龙虱是一种以水下生活为主的昆虫，但其却有着和陆生昆虫相同的呼吸方式。在水下生活时，他们将呼吸所需要的氧气储存在其鞘翅下方，即使它们在水中快速游动，鞘翅下方的气泡也会稳定的存在。由此自然现象出发，本论文对龙虱鞘翅内表面稳定气泡的现象进行了研究。研究发现，龙虱鞘翅内表面具有规则排列的倾斜三角锥阵列结构，该结构对气泡在其表面的运动具有各向异性的阻碍作用。具体表现为，在气泡向鞘翅尾部运动时，该结构对气泡的运动具有较大的阻碍作用，但当气泡向鞘翅的头部运动时，该结构对气泡运动的阻碍作用明显减小。
通过二次复型法和针刺复型法仿生制备了一系列具有倾斜三角锥阵列结构的表面，探究了界面材料的化学组成和微观结构对气泡稳定效应的影响，明确了气泡在龙虱鞘翅内表面的运动机制。此外，我们通过电沉积技术制备出一种对气泡具有定向自驱动行为的微-纳复合多孔铜丝材料。在水相环境中，这种多孔的特殊结构可在其表面形成一层稳定的气膜。在拉普拉斯压差和表面能的共同作用下，气泡（特别是微气泡）可以通过这层气膜实现连续和定向的自驱动。本论文的研究内容在气泡表面处理、气液收集、气体运输和水下航行器减阻等方面具有很大的应用价值。