基于仿生学的植物叶片气孔高效扩散效应研究

The stomata transpiration of the plant blade is the typical effective diffusion phenomenon of the nature.The research on th effective diffusion of the plant blade has not been paied much attention to.Plant blade is a kind of the porous media with the particular geometry structure, whose stomata is the place of the transpiration. From the bionic point of view, the bionic blade similar to the true blade were made to be explored the diffusion effect of the oxygen by the electrochemical experiment.By the experiment, we can judge how about the diffusion effect when the bionic blade has the similar geometry structure with the true blade,or we can get the influence to the diffusion effect of the stomata's structure. It also can be gotten the effect to the diffusion efficiency of the space of the pore and the stomata conductance etc. Through the research, it is helpful to undestand the natural phenomena and to get the basic rule,which can improve the development of the science and technology. Also, the research is benifitful for exploring the new direction of the plant seepage and the experiment methode of the micro seepage.

植物叶片气孔蒸腾是自然界存在的典型的高效扩散现象。对植物叶片的高效扩散效应现象的深入研究目前还没有得到广泛的重视。植物叶片是具有特定几何尺寸的多孔介质，其中气孔是蒸腾作用的发生场所，本研究从仿生角度，通过制作类似真实叶片的仿生叶片，用可操作的电化学实验考察氧气通过仿生叶片的扩散效应，探索仿生叶片在具有与真实叶片类似的几何尺寸的条件下，是否存在高效扩散的效果，或者说探索叶片气孔结构本身对扩散效应的影响，并可实现定量描述植物叶片孔间距、气孔开度等参数对扩散效率的影响。通过该研究的开展,有利于了解并理解发生在自然界中的这些基本现象，有利于进一步把握这些基本规律，对人类的科学和技术进步产生一定的补益。并通过进一步从仿生角度认识植物高效扩散的现象，探索植物渗流学科的新方向和细观渗流学科的实验方法。

植物叶片气孔蒸腾是自然界存在的典型的高效扩散现象，而锌空气电池的气体扩散电极要求具备通气保液的性质。本研究从仿生角度，通过制作类似真实叶片的仿生叶片，从毛细管组气体扩散电极入手进行研究,在传统的气体扩散电极上覆盖一层具有直通细孔的微孔膜，微孔是由激光穿击而成，孔径为10μm，将其运用于锌空气电池之中，并对比普通锌空气电池进行放电实验；从制作气体扩散电极的骨架处理、材料掺混比例、碳膜成型方法、直通管道长度来探索面孔隙度、气孔开度、管截面形状、线面比等因素来探究气体扩散电极扩散效应。实验结果表明，在微孔间距临界范围内（400μm至600μm之间），具有直通毛细管的气体扩散电极的锌空气电池，其放电反应中的扩散效应明显优于普通锌空气电池，且和微孔微观尺寸分布有关，当微孔间距超过600μm，电池无法正常工作，当微孔间距在400μm到600μm之间时既能保证氧气扩散量不变，同时水蒸气扩散量仅为氧气扩散量的1/6，电池失水量大幅度降低，明显改善了电极扩散效应。.微孔膜从仿生角度解决了目前多孔电极供氧问题，定量获得电极内部微孔的连通性对高效扩散性能的影响并总结规律，深入了解多孔电极细观孔结构对于气体电极传质的影响，并进一步探索锌电极离子高效扩散效应的影响因素。从仿生角度认识植物高效扩散的现象，探索植物渗流学科的新方向和细观渗流学科的实验方法，进而为仿生叶片应用在金属空气电池领域提供理论和实验依据。