УДК532.612; 539.211; 573.4

ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРО- И НАНОСТРУКТУРЫ ГИДРОФОБНОЙ ПОВЕРХНОСТИ РАСТЕНИЙ

Жуков М. В.


Читать статью полностью 

Аннотация

Методами оптической и сканирующей зондовой микроскопии изучена микро- и наноструктура лепестков и цветков роз семейства розовых, обладающая явлением сверхгидрофобности, носящим название «эффект лотоса». На поверхности лепестков розы обнаружена квазиупорядоченная корругированная структура, представляющая собой ансамбль пиков сглаженной формы, подобных структуре листьев лотоса. Обнаружено сохранение структуры при обезвоживании лепестка розы (5 дней) путем высушивания на воздухе при нормальных условиях, заметна разница в плотности расположения и форме пиков, которые в случае обезвоженного лепестка розы имели более сглаженную форму. Так, характерное расстояние между пиками структуры для нативного лепестка розы составило 25–30 мкм, средняя высота пика – 8 мкм, ширина пика на полувысоте – около 15 мкм, аппроксимируемая сферой вершина пика имела радиус 2–3 мкм, угол наклона касательной поверхности к оси пика составил около 38–42º. Для обезвоженного лепестка розы характерное расстояние между пиками снижается до 20–25 мкм, средняя высота пика составила 8 мкм, ширина пика на полувысоте – около 18 мкм, аппроксимируемая сферой вершина пика имела радиус около 5–6 мкм, угол наклона касательной поверхности к оси пика составил около 40–50º. На высушенном лепестке была изучена тонкая наноструктура отдельной возвышенности, которая состоит из продольных полос высотой 150–300 нм и шириной 2–3 мкм. При визуализации листьев стебля розы обнаружена ячеистая структура с микропорами и нанометровыми канальцами на поверхности. Произведен анализ шероховатости поверхности на разных участках исследуемых объектов. Шероховатость отдельного пика составила около 650 нм для живого лепестка розы, около 300 нм – для высушенного лепестка розы, шероховатость листа стебля розы составила около 65–70 нм при размерах отсканированных областей 10×10 мкм. Исследования проводились на встроенном оптическом модуле Optem микроскопа Ntegra Aura (NT-MDT, Россия) и сканирующем зондовом микроскопе NanoEducator LE (NT-SPb, Россия).


Ключевые слова: роза, атомно-силовая микроскопия, сверхгидрофобность, шероховатость, сканирующий зондовый микроскоп

Список литературы
1.       Barthlott W., Neinhuis C. Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces // Planta. 1997. V. 202. N 1. P.1–8.
2.       Fürstner R., Barthlott W., Neinhuis C., Walzel P. Wetting and self-cleaning properties of artificial superhydrophobic surfaces // Langmuir. 2005. V. 21. N 3. P. 956–961.
3.       Cassie A.B.D., BaxterS. Wettability of porous surfaces // Transactions of the Faraday Society. 1944. V. 40. P. 546–551.
4.       Ensikat H.J., Ditsche-Kuru P., Neinhuis C., Barthlott W . Superhydrophobicity in perfection: the outstanding properties of the lotus leaf // Beilstein Journal of Nanotechnology. 2011. V. 2. N 1. P. 152–161.
5.       Fürstner R., Neinhuis C., Barthlott W., Walzel P. Der lotus-effekt: Künstliche selbstreinigende oberflächen nach biologischen vorbild // Chemie Ingenieur Technik. 2000. V. 72. N9. P. 972–973.
6.       Carnegie Mellon University. Carnegie Mellon art student creates rose petal installation inspired by science [Электронныйресурс]. Режим доступа: http://www.cmu.edu/news/archive/2007/March/march6_rose.shtml, свободный. Яз. англ. (датаобращения13.01.2014).
7.       Schulte A.J., Droste D.M., Koch K., Barthlott W. Hierarchically structured superhydrophobic flowers with low hysteresis of the wild pansy (Viola tricolor) – new design principles for biomimetic materials // Beilstein Journal of Nanotechnology. 2011. V. 2. N 1. P. 228–236.
8.       SPI-DRY™ Critical Point Dryers [Электронныйресурс]. Режим доступа: http://www.2spi.com/catalog/instruments/dryers_technique.html, свободный. Яз. англ. (дата обращения 13.01.2014).
9.       GaoL., McCarthyT.J., ZhangX. Wettingandsuperhydrophobicity// Langmuir. 2009. V. 25. (24). P. 14100–14104.
10.    Gu Z.-Z., Uetsuka H., Takahashi K., Nakajima R., Onishi H., Fujishima A., Sato O. Structural color and the lotus effect // Angewandte Chemie - International Edition. 2003. V. 42. N 8. P. 894–897.
11.    Geim A.K., Dubonos S.V., Grigorieva I.V., Novoselov K.S., Zhukov A.A., Shapoval S.Yu. Microfabricated adhesive mimicking gecko foot-hair // Nature Materials. 2003. V. 2. N 7. P. 461–463.
12.    Rosario R., Gust D., A.A. Garcia, HayesM., Taraci J.L., Clement T., Dailey J.W., Picraux S.T. Lotus effect amplifies light-induced contact angle switching // Journal of Physical Chemistry B. 2004. V. 108. N 34. P. 12640–12642.
13.    Wood K. Coating with self-cleaning properties // Macromolecular Symposia. 2002. V. 187. P. 459–467.
14.    Жуков М.В. Контроль структуры различных видов бумаги методом атомно-силовой микроскопии // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2014. ­№ 1 (89). С. 44–49.
15.    Жуков М.В., Левичев В.В. Получение наноструктурированных пленок Al2O3методом электрохимического анодирования // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 3 (85). ­С. 143–146.
16.    Семейство розовые  [Электронный ресурс].  Режим доступа: http://rfa.3dn.ru/news/2010-04-03-4, свободный. Яз. рус. (датаобращения14.01.2014).
17.    ISO 4287:1997. Geometrical Product Specifications (GPS) – Surface texture: Profile method – Terms, definitions and surface texture parameters. 01.04.1997. Geneva, International Organization for Standardization. 35 p.


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика