全文总字数：4718字
题目：桐木材料仿生表面的制备及其摩擦学性能
[摘要]: 桐木因其重量轻，不易变形，广泛应用于建筑材料。但其木质疏松，容易受潮发霉。所以根据荷叶效应引起的超疏水表面研究，将其运用于桐木表面，以达到防潮防腐蚀的目的。通过切削处理制备光滑表面的桐木，采用定量磨削加工方式来打磨表面改变其表面粗糙度，观察其摩擦性能的变化。使用化学试剂对桐木表面进行改性处理，制备桐木疏水表面。当木材表面与水的接触角大于150°滞后角小于10°称其为超疏水表面[1]。因此通过改变表面粗糙度来改变接触角滞后来探究物体的摩擦性能和疏水性之间的联系。
关键词：桐木 超疏水 接触角 表面粗糙度 摩擦学性能
- 前言：20世纪90年代，德国植物学家伯恩大学BarthLott教授发现，荷叶表面具有抗脏自洁的功能，即当水滴落在荷叶表面，雨水会因表面张力的作用形成水珠，当叶面倾斜水珠就会滚落，同时将叶面的灰尘污泥一起带走。科学家对这一现象进行深入研究发现，物体表面的疏水性能与接触角有关，当固体与水的接触角大于90°时材料呈现疏水性。因此在材料表面构建疏水表面[1]，可以有效地防止材料的腐蚀。
随着科技的发展，木材以其质地轻，韧性好的特点被广泛应用于建筑行业。尤其是在日本，由于处于板块交界处，经常发生地震，用混凝土造房子不太现实危险系数高。因此桐木作为质地优良，重量轻的木材之一，在日本尤为受欢迎。但是木材的通病都是容易受潮然后腐蚀霉变，不利于木材的保存。因此在桐木表面构建疏水层尤为重要。我将采用定量磨削方式[2]打磨桐木表面，减小桐木表面的摩擦系数。同时在桐木表面制备疏水表面，提高桐木的疏水性。同时通过实验研究超疏水表面制备之后材料的摩擦学性能变化。
- 国内外研究概况
2.1超疏水的理论基础
2.1.1接触角和滚动角：当一滴水停留在物体表面时，会呈现不同的堆积状态。而气、液、固三相交点所做的气-液界面的切线与固-液交界线之间的夹角theta;就是接触角度[如图1]。当theta;角大于90°时材料呈疏水性，当theta;小于90°时呈现亲水性。
滚动角与接触角类似，滚动角是指液滴在倾斜的固体表面刚好发生滚动时，倾斜表面与水平面所形成的临界角度，记为alpha;[如图2]。
图1（接触角） 图2（滚动角）
2.1.2 young氏模型[如图3]：young于1805年提出youngrsquo;s[3]方程[见表1]，假设固体的表面绝对的光滑没有摩擦力，在这种情况下产生的接触角就是就是平衡接触角，且角度不会发生改变，只有材料表面能会改变接触角的大小。但是经过研究发现，这种情况下的接触角不能达到150°，无法达成超疏水性。
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