香蕉叶表面特征及浸润性机理研究

[目的]研究香蕉树冠层不同时期蕉叶的正、反面润湿行为,以期为农药雾滴在蕉叶表面滞留调控机制提供依据.[方法]采用接触角测量仪表征蕉叶表面的静态润湿性能;利用高速摄像机记录液滴在蕉叶表面的动态润湿行为;使用场发射扫描电镜对蕉叶表面进行微观形貌观察获取表面结构信息,并借助傅立叶红外光谱仪分析其表面化学成分;基于Wenzel和Cassie润湿理论构建蕉叶表面微观结构模型,建立润湿方程阐述其润湿机理.[结果]扫描电镜发现蕉叶正面呈现微米-纳米级双层复合结构,在微米级突起结构上布满了纳米级乳突结构,分布为4.6个/μm2,条状突起宽度为(16.03±3.48)μm,乳突平均直径为(0.116±0.068)μm,蕉叶背面微米级条状突起结构尺寸大于正面,宽度为(74.25±9.80)μm,纳米级结构上呈现出网状突起,宽度为(2.35±0.49)pm,蕉叶背面的润湿性普遍大于正面的;在不同生长时期的蕉叶中,剑叶正面表现出亲水性,静态接触角(Contact angle,CA)为71.46°±6.02°,而其他时期的蕉叶正、反面均表现出弱疏水性,表明嫩叶正面具有更强的润湿和铺展能力;通过对成熟蕉叶正表面构建Wenzel和Cassie润湿模型,分析计算得出成熟蕉叶正表面本征CA为20.76°,具有超亲水性,表明其纳米级乳突结构为多糖.[结论]蕉叶表面疏水的微米-纳米级双层复合结构以及亲水的化学成分共同作用导致了其表面表现出弱疏水性的润湿状态,而纳米级乳突结构的多糖是导致其表面具有亲水效应及高黏附效应的原因.