基于仿生學的植物氣孔高效擴散效應的研究.pdf

1、植物是支撐地球生物圈的第一生產者，它有著很多與我們人類和其他生命形態(tài)截然不同的生命活動特點，這些特定生命現象的發(fā)生場所大多就在植物葉片的氣孔中。本文從仿生學的視覺出發(fā)，借鑒植物葉片氣孔高效擴散效應和選擇性通透的一系列特征，將鋅空氣電池作為工作載體，以實驗探索與理論分析兩者相結合的手段，通過研究鋅空氣電池在不同環(huán)境下的失水情況和覆蓋仿生葉片對其失水和工作的影響，初步探索了氧氣和水蒸汽在通過微米級小孔時所表現出來的不同現象及其機理。

2、　　本文的主要工作包括：第一，改變環(huán)境溫度、相對濕度和空氣流通速度這三種環(huán)境因素，探索了環(huán)境因素對鋅空氣電池失水的影響，并進一步證明了“失水”在鋅空氣電池的工作中的緊要性；第二，制作仿生葉片，并覆蓋于鋅空氣電池之上，通過恒流放電，驗證這層仿生葉片能否在電池的工作中起到“保水透氣”的作用；第三，從仿生葉片和電池工作的環(huán)境狀態(tài)、水蒸汽和氧氣的擴散參數和物理、化學特性等角度綜合解釋了出現這一現象的原因。得出的主要結論總結如下：
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3、）在一般情況下，鋅空氣電池工作過程中的失水量會隨著相對濕度的增加而降低，隨著環(huán)境溫度的上升而增大。當環(huán)境溫度達到70±1℃，相對濕度為30％±5%時，電池因工作失水導致其自身含水量小于50%，此時電池將無法正常工作。
　　（2）在仿生葉片微孔間距小于臨界間距時，葉片并不會阻礙氧氣的傳輸，同時，覆蓋仿生葉片可使鋅空氣電池放電的失水量減少40%～80%。失水量隨著微孔數目的減少而降低，當微孔間距達到臨界點時，電池的失水量達也同時到最小

4、值。隨著電池失水的減少，電壓衰減變得緩慢，電池工作更加穩(wěn)定。在微孔數目的臨界范圍內，這個值越少，電池的放電性能也會越好。
　　（3）在環(huán)境溫度為20℃，相對濕度為60%，空氣流通速度為7.0m/s時，考慮氣體濃度差，氧氣在仿生葉片上的擴散能力遠高于水蒸汽在仿生葉片上的擴散能力。這是因為在分子間相互作用強烈時，水分子的極性會表現出來，在通過微孔時，它的能力會明顯低于非極性的氧氣分子。在宏觀上就表現為水蒸汽分子碰撞擴散時通過微孔時的阻