基于仿生學(xué)的植物氣孔高效擴(kuò)散效應(yīng)的研究.pdf

1、植物是支撐地球生物圈的第一生產(chǎn)者，它有著很多與我們?nèi)祟惡推渌螒B(tài)截然不同的生命活動(dòng)特點(diǎn)，這些特定生命現(xiàn)象的發(fā)生場(chǎng)所大多就在植物葉片的氣孔中。本文從仿生學(xué)的視覺(jué)出發(fā)，借鑒植物葉片氣孔高效擴(kuò)散效應(yīng)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(shí)驗(yàn)探索與理論分析兩者相結(jié)合的手段，通過(guò)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(duì)其失水和工作的影響，初步探索了氧氣和水蒸汽在通過(guò)微米級(jí)小孔時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的不同現(xiàn)象及其機(jī)理。

2、　　本文的主要工作包括：第一，改變環(huán)境溫度、相對(duì)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(duì)鋅空氣電池失水的影響，并進(jìn)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(guò)恒流放電，驗(yàn)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(kuò)散參數(shù)和物理、化學(xué)特性等角度綜合解釋了出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因。得出的主要結(jié)論總結(jié)如下：
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3、）在一般情況下，鋅空氣電池工作過(guò)程中的失水量會(huì)隨著相對(duì)濕度的增加而降低，隨著環(huán)境溫度的上升而增大。當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到70±1℃，相對(duì)濕度為30％±5%時(shí)，電池因工作失水導(dǎo)致其自身含水量小于50%，此時(shí)電池將無(wú)法正常工作。
　?。?）在仿生葉片微孔間距小于臨界間距時(shí)，葉片并不會(huì)阻礙氧氣的傳輸，同時(shí)，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(shù)目的減少而降低，當(dāng)微孔間距達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，電池的失水量達(dá)也同時(shí)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(shù)目的臨界范圍內(nèi)，這個(gè)值越少，電池的放電性能也會(huì)越好。
　　（3）在環(huán)境溫度為20℃，相對(duì)濕度為60%，空氣流通速度為7.0m/s時(shí)，考慮氣體濃度差，氧氣在仿生葉片上的擴(kuò)散能力遠(yuǎn)高于水蒸汽在仿生葉片上的擴(kuò)散能力。這是因?yàn)樵诜肿娱g相互作用強(qiáng)烈時(shí)，水分子的極性會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，在通過(guò)微孔時(shí)，它的能力會(huì)明顯低于非極性的氧氣分子。在宏觀上就表現(xiàn)為水蒸汽分子碰撞擴(kuò)散時(shí)通過(guò)微孔時(shí)的阻