不同微观结构蚯蚓表皮的润湿与环境介质的摩擦学行为研究

Although it is one of hot topics to research the earthworms and their ecology, there is seldom to discuss the mechanics between earthworm and their environmental media. It is complex of the contact mechanics between earthworm and their environmental media due to the changes of their surface micro-structures and surface chemical compounds. Clarifying their contact mechanics, especially the tribology behavior, is very vital to fabricate the biomimetic and functional materials with the similar structure of earthworm. In this project, the earthworm will become the research objective. The effects of media’s temperature, density, size and humidity on the final contact mechanics will be discussed by means of measuring the adhesion force, frictional force and interaction force between the earthworm and media. Meanwhile, the Lattice Boltzmann theory will be employed to discuss their relationship each other, and to explain their rules theoretically. It is very important both basic and theoretical to realize this project for the fabrication of the functional materials similar to that of the earthworm.

尽管目前不乏对蚯蚓的研究，但是关于蚯蚓与环境介质的摩擦学行为研究很少。蚯蚓由于自身的表面结构、表面化学成分的变化会与环境介质发生不同的接触力学行为，弄清楚蚯蚓与环境介质的接触力学行为，尤其是不同湿度土壤条件下的摩擦行为，对仿生制备类蚯蚓结构的功能材料是非常重要的。本项目拟以不同地区不同种类的蚯蚓为研究对象，通过考察蚯蚓在系统条件下与环境介质的摩擦力，粘附力和运动相互作用力，探讨介质温度、密度、大小、湿度等影响因素对最后接触力学的影响，研究蚯蚓与不同环境介质的接触力学规律，揭示在系统条件下蚯蚓与环境介质的相互作用规律。从以上所得到的实验数据中通过格波尔兹曼理论寻找他们之间的相关关联以及主要影响因素，用数学模拟和数值求解，去解释它们之间的相互作用规律。本项目的成功实施为研究蚯蚓的结构，性能与环境接触条件以及仿生类蚯蚓结构功能材料的制备提供了理论支持和实际指导，具有重要的理论意义和工程应用价值。

项目执行期间，以蚯蚓与环境介质的摩擦学行为中心点，研究蚯蚓的表面结构、表面化学成分的变化会与环境介质发生不同的接触力学行为，尤其是不同湿度土壤条件下的摩擦行为。探讨了介质温度、密度、大小、湿度等影响因素对最后接触力学的影响，研究蚯蚓与不同环境介质的接触力学规律，揭示了在系统条件下蚯蚓与环境介质的相互作用规律。此对仿生制备类蚯蚓结构的功能材料是非常重要的。此部分仿生功能材料共包含纤维素润湿改性设计与环境介质的力学性能研究；有机骨架超润湿材料的仿生设计制备及其性能研究；蚯蚓表皮启发，超滑液体灌注多孔表面构建与性能研究；仿蚯蚓液滴在图案化轨道上的定向移动研究；界面润湿驱动的材料形变与运动行为研究；超润湿表面的多环境因素耦合研究；超润湿表面雾水供应机制对仿生雾水收集的影响；液相环境介质水下气泡的定向运输；仿生超润湿表面的制备及其水雾收集性能研究等9个方面。从以上所得到的实验数据中通过格波尔兹曼理论寻找他们之间的相关关联以及主要影响因素，用数学模拟和数值求解，解释了它们之间的相互作用规律。通过本项目的四年实施为研究蚯蚓的结构，性能与环境接触条件以及仿生类蚯蚓结构功能材料的制备提供了理论支持和大量的实验参考，具有重要理论意义和工程应用价值。