本研究主要探讨人厌槐叶苹（Salviniamolesta）叶面结构.PDF

摘要 本研究主要探討人厭槐葉蘋（Salvinia molesta）葉面結構之力學行為，並仿生 此結構來提升一功能性表面空氣保留的能力。不同於現有的蓮花結構，人厭槐葉蘋 有一親水性補釘在葉面表面的超疏水結構之頂端。因為親水性補釘與周圍的疏水性 表面會產生表面張力梯度而造成馬蘭哥尼效應（Marangoni effect），故本研究將此效 應加入並重新推導表面濕潤相關的方程式（接觸角、滑動角與接觸線密度），建立此 仿生結構之理論模型。此外，本研究提出一創新的製造流程，整合常見的微奈米製 造技術來製作出仿生槐葉蘋與蓮花之結構，並量測兩個結構的表面濕潤特性來驗證 理論模型的正確性。實驗結果證明，與蓮花結構相比，仿生槐葉蘋結構具有卓越的 空氣保留的能力，且同樣具備超疏水及自潔特性。 因此，本研究將仿生槐葉蘋葉面結構與具光學抗反射特性之蛾眼（Moth eye） 結構混合，用以製作出一超疏水、自潔、抗汙與抗反射能力的多功能表面結構。本 研究利用了奈米球微影技術（Nanosphere lithography）、反應式離子蝕刻（Reactive Ion Etching）與掀離製程（Lift-off process），成功的製作出大面積氮化矽基的多功能表 面結構。量測實驗結果顯示，此混合槐葉蘋葉面與蛾眼仿生之結構不僅擁有卓越的 超疏水、自潔、抗汙的能力，在光學特性上更具有寬頻譜範圍的抗反射能力。此外， 在雨滴撞擊的情況下，此仿生多功能表面結構相較於傳統混合蓮花葉面與蛾眼之結 構具有更加出眾的空氣保留能力，且雨滴撞擊過後仍然具備著表面自潔的能力。 關鍵詞：仿生功能性表面結構、空氣保留能力、槐葉蘋結構、蓮花結構、蛾眼結構、 混合仿生結構、超疏水、抗汙、抗反射 i ABSTRACT This thesis proposed two objectives: enhancement of the air-retaining property of a functional surface by biomimicking the mechanical behavior of the Salvinia-leaf structure; and application of the biomimetic functional surface in combination with optical property. Different from the existing Lotus structure characterizing superhydrophobic surface, the structure of Salvinia molesta floating leaves features hydrophilic patches on a superhydrophobic structure. The theoretical models and the associated equations governing the contact and sliding angles, and contact line density of the Salvinia structure were developed in this thesis. In addition, the Marangoni effect resulting from the surface tension gradient at the hydrophilic patches on top of hydrophobic surfaces, was re-examined and taken into consideration of the characteristic of the Salvinia structure. Then, a novel process was proposed to fabricate the Salvinia and Lotus structures, which were designed using mathematical models and numerical simulation results. Both structures were teste