植物叶片润湿性与光谱反射偏振度关系研究

引用本文

高晓雨, 卢珊. 植物叶片润湿性与光谱反射偏振度关系研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2018,38(3): 923-928.
GAO Xiao-yu, LU Shan. The Relationship of the Leaf Surface Wettability and Degree of Reflectance Polarization[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2018,38(3): 923-928.
Doi:10.3964/j.issn.1000-0593(2018)03-0923-06 复制到剪切板

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植物叶片润湿性与光谱反射偏振度关系研究

高晓雨^1,^2,³, 卢珊^1,^*

1. 东北师范大学地理科学学院, 吉林长春 130024

2. 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室, 北京 100101

3. 中国科学院大学, 北京 100049

*通讯联系人 e-mail: lus123@nenu.edu.cn

作者简介: 高晓雨, 1994年生, 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室硕士研究生e-mail: gaoxy.16s@igsnrr.ac.cn

收稿日期: 2017-05-22

基金: 国家重大研究与发展项目(2016YFA0602301), 国家自然科学基金项目(41001258, 41671347), 东北师范大学重点实验室开放课题(130028674)资助

摘要

城市绿化植物由于其滞尘能力能够有效改善城市大气环境, 滞尘能力的主要影响因素是其表面特性和润湿性。植物叶片表面的润湿性和偏振反射特性都与表面粗糙度相关, 因此以粗糙度为结点, 探究植物表面润湿性与偏振反射光谱的关系, 利用偏振反射特性对植物叶片润湿性进行快速无损监测。以长春市常见的八种绿色植物叶片为研究对象, 利用Kruss DSA 100液滴形状分析系统测量其表面接触角, 利用多角度光谱测量装置测量其在不同探测天顶角上的偏振反射光谱, 探讨了润湿性能在400~1 000 nm波段对植物叶片不同探测天顶角上偏振度的影响。通过相关分析确定八种植物叶片的特征波段, 并在特征波段对偏振度随探测天顶角的变化程度与润湿性的关系之间进行定量分析。结果表明, 在特征波段(700±10) nm处, 偏振度随着探测天顶角的变化程度 θ₀与接触角距离100°的偏差值 θ具有很强的相关性, 可决系数 R²为0.82, 说明偏振度随探测天顶角的变化程度 θ₀可以反映植物叶片的润湿性, 可以利用偏振反射特性对植物叶片润湿性进行分析, 研究成果将对今后城市绿化物种的选择提供可行性建议。

关键词: 植物叶片; 润湿性; 偏振度; 探测天顶角

中图分类号:TP701 文献标志码:A

The Relationship of the Leaf Surface Wettability and Degree of Reflectance Polarization

GAO Xiao-yu^1,^2,³, LU Shan^1,^*

1. Northeast Normal University, School of Geographical Sciences, Changchun 130024, China

2. State Key Laboratory of Resources and Environmental Information System, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Abstract

Urban greening plants can improve the quality of atmospheric environment effectively due to their dust catching property, which mainly influenced by surface characteristics and wettability. We studied the relationship between leaf surface wettability and polarized reflection characteristics because they are both relevant to the surface roughness of leaves. The contact angle of water droplet on leaf surface and the polarized reflectance spectrum from eight major plant species for urban greening in Changchun were measured by Kruss DSA 100 drop shape analysis system and multi-angle spectrum measurement system. We found the characterized band of eight plants through correlation analysis. The influence of wettability on the degree of polarization (DOP) varying with viewing angles was inquired and analyzed quantitatively in the characterized band. The results showed that when the viewing azimuth was fixed at 180°, the DOP spectrum within 400~1 000 nm increased to a maximum, and then began to decline varying with zenith angles from 0° to 60°. The correlation analysis between the deviation from 100° contact angle ( θ) and the viewing zenith ( θ₀) showed that they were in a linear relationship, with the determination coefficient of 0.82. In this paper, the research achievements will provide feasible suggestions to the options of urban greening plant species in the future.

Keyword: Plant leaves; Surface wettability; Contact angle; Viewing zenith

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引言

由于具备重要的滞尘减污功能, 城市绿化植物能够有效改善城市大气环境^[1]。影响滞尘能力的主要因素是叶片的表面特性和润湿性, “ 荷叶效应” 就是由于表面粗糙的微米级乳突结构而表现出极强的疏水性和显著的自洁性^[2]。润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程, 接触角是衡量固体表面(包括植物叶片表面)润湿性的有效指标^[3]。接触角通过附着在平衡状态的固体表面的液滴与固体表面的切线来衡量。通常情况下, 有些植物叶片由于粗糙的表面和蜡质薄膜而表现出疏水性。 Neinhuis和Barthlott发现, 由于表面特性和润湿性的不同, 叶片的“ 自洁能力” 也不尽相同。例如, 叶表不含蜡质的山毛榉叶片接触角较小, 具有易润湿(亲水)的特征, 其滞尘作用显著; 而表面粗糙富含蜡质的银杏叶片接触角较大, 具有不润湿(疏水)的特征, 表现出很强的“ 自洁” 能力^[4]。尽管很多研究发现接触角90° 是区分润湿与不润湿的界限^{[5, 6]}, 但也有一些研究指出其界限可能在100° ^[7]; 因此, 这一界限并不是某一个确定的值, 而是在90° ~100° 的范围内有所变动。根据所选叶片样本的接触角特征, 选择100° 作为润湿与不润湿的界限。 α < 100° 时为润湿, α > 100° 时为不润湿。 Simait等的研究表明, 表面的粗糙度对接触角的影响明显, 在粗糙的疏水表面上, 水接触角较大; 而在粗糙的亲水表面上, 水接触角则较小^[8]。

方向反射及偏振反射信息可以在遥感识别中起到重要作用。很多学者都对地物的二向性反射做了定量研究, 并利用多角度信息对目标地物的空间结构进行识别与反演^{[9, 10, 11]}。偏振相伴多角度探测而生, 能够反映丰富的地物自身特性信息, 因此偏振反射作为一种新的遥感信息源逐渐获得了关注。对粗糙表面光散射特性进行深入研究, 能够提取更多、更准确的目标信息。王霞等^[12]基于偏振双向反射分布函数, 综合考虑材料表面的镜面反射和漫反射, 得到粗糙表面反射辐射偏振度的一般表达式。刘卿等^[13]分析研究了与偏振二向反射特性相关的粗糙表面的影响参数及其与散射偏振特性的作用机理, 并对参数反演方法进行了改进。

接触角是衡量植物叶片表面润湿性的有效指标, 与粗糙度是直接相关; 而叶片的偏振光谱特性也与粗糙度有关。因此, 本文以粗糙度为结点, 研究植物叶片润湿特征与偏振光谱之间的关系, 通过叶片的偏振光谱特性快速、无损伤地反映叶片的润湿性, 为进行大范围的植被叶片自清洁能力监测提供有效手段。本研究以长春市常见的八种绿色植物为例, 探讨了润湿性程度对不同探测天顶角植物叶片偏振度探测的影响, 并进行了定量分析。

1 实验部分

1.1 样品

试验选用八种植物叶片作为被测样品, 其中, 亲水叶片分别为忍冬[Lonicera maackii Maxim.]、女贞(Ligustrum lucidum Ait.)、垂榆(Ulmuspumila L.), 疏水叶片分别为橘子(Citrus reticulata Blanco)、银杏(Ginkgo biloba L.)、沙枣(Elaeagnus angustifolia Linn.)、新疆杨(Populus alba var. pyramidalis Bge.)、荷叶(Tropaeolum majus L.)。叶片采集时间为2014年5月— 8月, 地点在东北师范大学校园内, 均为成熟且具有充分光照的健康叶片。为了防止叶片水分流失和保护叶片的表面结构, 叶片取下后立即插入花棉并装入保鲜袋内。

1.2 方法

1.2.1 偏振光谱测量

实验使用的多角度测量平台是由东北师范大学赵云升教授课题组联合长春光学精密机械研究所研制开发的室内大型BRDF测量装置^[14]。仪器主要由光源系统、探测架和控制系统组成。采用卤钨灯作为照射光源, 入射天顶角的范围在0° ~90° , 精度精确到0.5° 。理论上探测天顶角的范围在-90° ~90° , 探测方位角的范围在0° ~360° 。控制系统由电机控制, 可变换仪器的天顶角及方位角。装置探测端搭配ASD FieldSpec 3光谱仪, 测量光谱范围350~2 500 nm。由于可见光近红外波段是监测植被生长及健康状况的最主要波段, 故本研究截取400~1 000 nm的可见光近红外光谱波段对叶片的偏振反射特性进行研究。通过在光谱仪光纤前端安置偏振片, 可以测量样品在不同偏振态的反射光谱^[15]。试验在各个方向研究范围始终小于光源范围。为保持植物叶片的生命活性, 试验过程中将叶片样本的下部枝杈插入湿润的棉花中, 将叶片的叶柄弯折, 固定在黑色纸板上, 用黑色胶带固定叶片边缘使其处于水平方向状态。为减少光线干扰, 测量在暗室进行。

研究表明, 较大的天顶角更适于测量地物表面偏振^[15], 因此将光源入射天顶角θ ₁固定设为50° , 测量植物叶片样品在不同探测天顶角下的偏振反射光谱。探测方位角为与光源所在方位的相对方位, 设定为180° 。探测天顶角的变化范围是20° ~60° , 每10° 进行一次测量。在每一个固定的探测天顶角, 分别测量偏振片消光轴方向(0° )和透光轴方向(90° )的偏振反射。

双向反射率因子(bi-directional reflectance factor, BRF)的计算公式如式(1)

$BRF = \frac{L_{T} (θ_{r}, φ_{r}, λ)}{L_{P} (θ_{r}, φ_{r}, λ)} (1)$

其中θ _r为探测天顶角, φ _r为探测方位角, λ 为波段, L_T(θ _r, φ _r, λ )与L_P(θ _r, φ _r, λ )分别代表相同观测条件下目标物与理想朗伯参考面的反射辐亮度。朗伯参考面为反射率大于99%的Spectralon^®白板。

1.2.2 接触角测定

在室温条件下, 用Kruss DSA 100液滴形状分析系统分别测定叶片的接触角。选取叶片较平坦的表面并尽量避开叶脉, 制成约10 mm× 10 mm的样本, 铺平后用双面胶粘于玻璃板上后置于DSA平台上。然后调节毛细管出水, 在叶片表面上形成约1 μ L大小的液滴, 利用CCD成像后采用量角法测定接触角大小, 完成八种植物叶片接触角的测定。图1为水滴在两种典型的润湿和不润湿叶面上的形态。

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	图1 水滴在不同润湿性叶面上的形态 (a): 垂榆(润湿); (b): 荷叶(不润湿)Fig.1 Water droplet on different plant leave surfaces (a): Ulmuspumila L. ‘ Pendula’ (wetting); (b): Tropaeolum majus L. (non-wetting)

1.2.3 数据分析

部分偏振光包含偏振光和自然光的混合光信息。为表征部分偏振光的偏振程度, 引入偏振度(degree of polarization, DOP)。偏振度利用样本90° 偏振反射辐亮度相对于白板90° 偏振反射辐亮度的反射比(R_max)与0° 偏振相对于白板反射比(R_min)计算, 可表示为^[15]

$DOP = \frac{R_{\max} - R_{\min}}{R_{\max} + R_{\min}} (2)$

式(2)中, R_max是透光轴的反射信息, R_min是消光轴的反射信息。入射天顶角设置在50° 。

与典型的植被叶片反射光谱相反, 叶片的偏振度与不同植物叶片的反射光谱在绿波段和近红外波段表现出较高的反射性, 而在蓝波段和红波段则表现出较低的反射性。为获得植物叶片接触角的敏感波段, 计算了八种植物叶片接触角与不同波段下偏振度的相关性, 计算公式为

$r = \frac{\overset{n}{\sum_{i = 1}} (DO P_{i} - {\bar{DOP}}_{i}) (θ_{i} - {\overset{̅}{θ}}_{i})}{\sqrt[]{\overset{n}{\sum_{i = 1}} (DO P_{i} - {\bar{DOP}}_{i})^{2} \overset{n}{\sum_{i = 1}} (θ_{i} - {\overset{̅}{θ}}_{i})^{2}}} (3)$

式(3)中, DOP_i表示植物叶片在50° 探测天顶角、 180° 探测方位角下的偏振度, ${\bar{DOP}}_{i}$ 表示植物叶片偏振度的平均值, θ _i表示植物叶片接触角与100° 差值的绝对值, ${\overset{̅}{θ}}_{i}$ 表示θ _i的平均值。

通过相关性计算, 发现植物叶片的接触角对600~700 nm光谱波段敏感(见图2)。

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	图2 植物叶片接触角对不同波段的相关性(θ _r=50° , φ _r=180° )Fig.2 The relativity of contact angles to the wavelength (θ _r=50° , φ _r=180° )

所有数据均由Excel 2007和Origin 8.6软件处理分析。

2 结果与讨论

2.1 植物叶片的润湿性能

表1是8种植物叶片表面接触角的测量结果。其中, 忍冬、沙枣、新疆杨测量的是叶片背面接触角, 女贞、垂榆、橘子、银杏、沙枣、荷叶测量的是叶片正面接触角。从表1中可以看出, 所测定植物叶片的接触角大小在69° ~153° 之间, 8种测试物种间接触角具有明显差异。

表1 不同植物叶片的接触角及标准差 Table 1 The contact angle and standard deviation of 8 different plants

在所测定的八种植物叶片中, 接触角大于100° 的有橘子、银杏、沙枣、新疆杨、荷叶五种, 为疏水性叶片; 接触角小于100° 的有忍冬、女贞、垂榆三种, 为亲水性叶片。

2.2 叶片偏振度随探测天顶角变化规律

图3(a)— (e)分别给出了5种疏水植物在180° 测量探测方位角(镜面反射方位)处随着不同探测天顶角偏振度的变化。从图中可以看出, 疏水植物叶片的偏振度基本上随着探测天顶角的增大而增大。但新疆杨叶片呈现稍有不同的趋势, 其偏振度在探测天顶角20° 时值最小, 到40° 时偏振度值最高, 但是40° ~60° 之间不同探测天顶角的偏振度值差异很小。同时, 接触角越大, 偏振度随着探测天顶角的变化增大的幅度越小, 反之亦然。

	Figure Option View Download New Window
	图3 不同植物的偏振度(θ ₁=50° , φ _r=180° ) (a): 橘子; (b): 银杏; (c): 沙枣; (d): 新疆杨; (e): 荷叶; (f): 忍冬; (g): 女贞; (h): 垂榆Fig.3 The DOP of 8 Plants (θ ₁=50° , φ _r=180° ) (a): Orange; (b): Ginkgo; (c): Oleaster; (d): White poplar; (e): Lotus; (f): Honeysuckle; (g): Privet; (h): Ulmus pumila L. ‘ Pendula’

图3(f)— (h)分别给出了3种亲水植物在180° 测量探测方位角处随着不同探测天顶角偏振度的变化。从图中可以看出, 亲水植物叶片的偏振度随探测天顶角变化的规律相同, 偏振度随探测天顶角增大而增大, 增大的幅度随接触角的增大而增大。

八种植物叶片偏振度都随探测天顶角增大而增大, 而叶片的接触角越远离亲水性与疏水性的界限, 偏振度随探测天顶角增大的幅度越小。为定量地描述这个变化幅度, 计算了700 nm处不同探测天顶角对应的偏振度的标准差值。

记θ 为接触角与100° 差值的绝对值。 θ 越小, 该波段偏振度的标准差越大(表2)。

表2 在700 nm附近不同植物叶片随探测天顶角的标准差 Table 2 The standard deviation of different plants varying from zenith angle at 700 nm

2.3 润湿性对不同探测天顶角偏振度的影响分析

为了定量分析植物叶片润湿性与探测天顶角两者间的关系, 选取对接触角比较敏感的特征波段700 nm处的偏振度来分析叶片润湿性随探测天顶角的变化。首先, 将(700± 10) nm的偏振度值进行平均, 以去除测量噪声的影响。将不同探测角的偏振度输入到对数函数[式(4)]中, 使得此函数中的参数θ ₀可以反映叶片偏振度随探测天顶角的变化程度。然后将接触角与100° 的差值的绝对值θ 与表征植物叶片在不同探测天顶角下的偏振度变化参数θ ₀做相关分析。

$y = y_{0} (1 - e^{θ_{r} / θ_{0}}) (4)$

式(4)中, y为植物叶片在180° 探测方位角下不同探测天顶角所对应的偏振度, y₀为植物叶片在180° 探测方位角下不同探测天顶角所对应的偏振度的最大值, θ _r为在180° 探测方位角下的探测天顶角, θ ₀为表征植物叶片在探测方位角为180° 时偏振度的参数。八种植物叶片在该波段长处的θ ₀参数见表3。

表3 在700 nm附近不同植物叶片的偏振度随探测天顶角变化的标准差 Table 3 The parameters of different plants varying from zenith angle at 700 nm

对θ 与θ ₀的进行函数拟合, 发现二者存在线性关系, 线性回归方程为y=-0.61x+42.50, 可决系数R²为0.82(图4)。对该模型进行检验, 发现θ 和θ ₀之间存在着显著的相关关系, θ ₀随θ 增大而减小。即接触角越远离100° , θ ₀也越小, 叶片的偏振特性随探测天顶角的变化越不明显。

	Figure Option View Download New Window
	图4 θ 和θ ₀之间的关系(θ ₁=50° , φ _r=180° )Fig.4 The relationship of θ and θ ₀(θ ₁=50° , φ _r=180° )

3 结论

试验测定了八种常见植物叶片的接触角, 叶片接触角大小在69° ~153° 之间, 相差84° 。研究表明, 物种间接触角有明显差异。

在镜面反射方向, 偏振反射比最高, 偏振度最大, 偏振度随探测天顶角的增大而增大。在180° 探测方位角时, 700 nm波段附近的偏振度平均值随探测天顶角变化的参数θ ₀与接触角和100° 的差值θ 存在着明显关系。

后续研究中将继续针对叶片表面润湿性的程度对植物叶片进行针对性的选择, 并进行接触角和不同探测天顶角下光谱的测量, 同时测量植物叶片在不同探测方位角下的偏振反射光谱, 研究植物叶片润湿性与探测方位角的关系, 以求全面总结概括植物叶片润湿性对偏振度波谱的影响及对本次研究所建立的模型进行验证和修改, 为今后的城市绿化中物种的选择提供可行性建议。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

文献列表

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2010

0.0

WANG

Hui-xia

, SHI

Hui

, LI

Yang-yang

(王会霞, 石辉, 李秧秧). Chinese Journal of Ecology(生态学杂志), 2010, 29(4): 630.

We measured the contact angle of water droplet on leaf surfaces of 21 major plant species for urban greening in Xi’an, and studied the effects of leaf surface characteristics such as epidermal wax, trichomes, and stomata on the contact angle. There existed significant differences in the contact angle among test plant species and between adaxial and abaxial leaf surfaces. The contact angle ranged from 40° to 140°, and was negatively correlated with its coefficient of variance. The greater variance of the contact angle on wettable leaves could be related to the greater effects of dust, acid rain, and other environmental substances on the leaf surface structure; while for nonwettable leaves, the relatively short retained time of environmental substances gave smaller effects on the leaf surface structure and composition. The contact angle increased with increasing epidermal wax content. After the removal of epidermal wax by chloroform, the leaf contact angle of most plant species, especially of hydrophobic species Ginkgo biloba , Rosa chinensis and Berberis thunbergii , decreased significantly. On the contrary, the removal of epidermal wax increased the leaf contact angle of a few hydrophilic species, such as the adaxial and abaxial leaf contact angle of Ligustrum lucidum and the abaxial leaf contact angle of Populus canadensis . The amount, morphology, and distribution of trichomes had great effects on the leaf contact angle. Different types of action pattern led to different wetting characteristics. Artificial removal of trichomes increased the leaf surface wettability. The stomatal density of abaxial leaf surface was negatively correlated with guard cell length and stomatal pore length, while the contact angle of abaxial leaf surface was negatively correlated with stomatal density and positively with stomatal pore length.

1School of Environmental and Municipal Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China|2Institute of Soil and Water Conservation, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, Shaanxi, China;3State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau, Yangling 712100, Shaanxi, China

利用接触角测定仪测定了西安市21种常见绿化植物叶片表面的接触角，探讨了叶片表面特性如蜡质、绒毛、气孔对接触角的影响。结果表明，植物叶片正背面、物种间的接触角差异均显著，叶片正面和背面接触角大小在40°～140°。接触角大小与变异系数呈负相关，可能由于接触角小的润湿叶片在不同的生境和位置下，受到环境条件的影响较大而出现大的变异;接触角较大的非润湿性叶片，环境物质持留时间较短，对叶片形态和组成影响较小，因而出现小的变异。植物叶片表面的接触角随蜡质含量的升高而增大。表皮蜡质去除后大部分叶片接触角明显降低，尤其是疏水性较强的银杏（ Ginkgo biloba ）、月季（ Rosa chinensis ）和紫叶小檗（ Berberis thunbergii ）。女贞（ Ligustrum lucidum ）正背面、加杨（ Populus canadensis ）背面等亲水型的叶片蜡质去除后接触角反而增大。叶片绒毛的多少及其形态、分布方式对接触角具有重要的影响，不同的作用方式表现出润湿和不润湿的特征，人为将其去除可以增加叶片的润湿性。背面气孔密度与气孔长度、保卫细胞长度呈负相关;接触角则与气孔密度呈负相关，与气孔长度呈正相关。

... 引言由于具备重要的滞尘减污功能, 城市绿化植物能够有效改善城市大气环境^[1] ...

2016

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CHEN

An-fu

, HUANG

Han-xiong

(陈安伏, 黄汉雄). Acta Polymerica Sinica(高分子学报), 2016, (6): 791.

Polyethylene hollow spheres with diameters of 0.4~3 mm were synthesized by a two-step slurry polymerization in a single reactor with a spherical MgCl 2 -supported Ziegler-Natta catalyst activated by triisobutylaluminum (TIBA),in which the first step was prepolymerization with propylene under 0.1 MPa and the second step was ethylene copolymerization with small amount of propylene under 0.6 MPa at 65 ℃.The hollow spheres have rather smooth outer and inner surfaces and relatively uniform thickness of the shell layer.Under optimized conditions,the catalyst efficiency of the polymerization reached about 74.9 kg/g Ti ·h ·atm (or 6.5 kg PE/g Cat.).The effects of amount of propylene comonomer,cocatalyst concentration (Al/Ti molar ratio) and type of cocatalyst on the particle morphology and polymerization kinetics were investigated.With increasing the Al/Ti molar ratio and the amount of added propylene,the catalytic activity was sharply increased and the particle morphology was further improved,meanwhile the kinetic curve changed from decay type to build-up type.When TEA or TEA/TIBA mixtures was used as the cocatalyst,the inner surface of the central void became rather irregular,though the whole particle was still spherical.The effects of cocatalyst on particle morphology were explained according to a diffusion controlled morphogenesis model based on the morphology of prepolymer particles.Based on our research,a simple method for the preparation of polyethylene hollow spheres was developed.

Department of Polymer Science and Engineering, MOE Key Laboratory of Macromolecular Synthesis and Functionalization, Zhejiang Univeristy, Hangzhou 310027

采用一种含二酯类内给电子体的氯化镁负载Ziegler-Natta催化剂和三异丁基铝(TIBA)助催化剂,在同一反应器中经常压丙烯预聚和加压下的乙烯与少量丙烯淤浆共聚合两步反应,高效地合成了外径为0.4 ~ 3 mm的中空球形聚乙烯粒子,其球形粒子的外表面和内部空腔的内表面均较为平滑,壳层厚度均匀. 聚合反应的催化剂效率最高达到74.9 kg/gTi ·h ·atm(6.5 kg PE/gCat.). 研究了助催化剂种类、助催化剂浓度(Al/Ti摩尔比)和乙烯聚合阶段的丙烯共单体添加量对聚合物粒子形貌的影响,发现采用三乙基铝(TEA)或TEA/TIBA混合物为助催化剂时,虽然聚合物粒子仍呈中空球形形态,但其内部空腔的形状极不规则. 以TIBA为助催化剂时,在一定范围内提高Al/Ti比和丙烯添加量均可显著提高催化效率,聚合反应动力学曲线由衰减型变为增长型,但聚合物粒子的中空形貌得以保持. 对比丙烯预聚产物的粒子形貌发现,助催化剂含TEA时所得预聚物粒子结构较松散,内部有较多孔隙和裂纹,而改为TIBA后预聚物粒子内部相对致密.

... 就是由于表面粗糙的微米级乳突结构而表现出极强的疏水性和显著的自洁性^[2] ...

2011

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SHI

Hui

, WANG

Hui-xia

, LI

Yang-yang

(石辉, 王会霞, 李秧秧). Acta Ecologica Sinica(生态学报), 2011, 31(15): 4287.

Leaf wettability, indicating the affinity for water on the leaf surface, is a common phenomenon for plants in a wide variety of habitats. The contact angle ( θ ) of water on leaves measured at the gas, solid and liquid interface is an index of surface wettability, θ ＜110° for hydrophilic and θ ＞130° for hydrophobic. The main factors affecting leaf wettability include the wax content and crystal forms, the number and distribution of trichomes, and the shape and size of stomata and epidermal cells. The chemical composition and structure of leaf surfaces are internal causes, but the external environment can also influence wettability by affecting the structure and composition of the surface. The main ecological functions affected by leaf wettability are photosynthetic rate, interception of precipitation, pathogen infection and environmental quality. Precipitation interception on foliage surfaces is affected by high wettabilty as water droplets form a layer of film on the surface that is relatively easy retained on leaves. For low wettability or water-repellent leaves, water on the surface produces droplets that are more easily removed by wind and gravity. The spreading water film on leaves with high wettability can decrease photosynthesis due to high CO 2 diffusion resistance through water to stomata. Differences in leaf wettability can influence the amount of air pollutants that can be captured, absorbed, and filtrated by leaf surfaces; however, if air pollutants injure the leaf surface, a dramatic change in leaf surface wettability may result. For bacterial pathogens, a completely wettable leaf surface can make the leaf more susceptible to infection. Once the bacteria are disseminated, leaf wettability is changed, and may have some impacts on the retention of pesticide droplets used for disease control. Leaves with low wettability repel water and show some self-cleaning characteristics. Some new biomimetic functional materials are designed or manufactured on the basis of plant leaf surface properties with higher hydrophobic materials to enhance leaf self-cleaning. Wettability as a comprehensive response at the solid, gas and liquid phase interface of leaves and as such is important for understanding ecological functions of plants.

植物叶表面的润湿性是各种生境中常见的一种现象,表现了叶片对水的亲和能力。叶面的润湿性可以通过测定气、固、液界面的接触角大小确定,接触角 θ ＜110°的为润湿, θ ＞130°的为不润湿,表现出斥水性。影响叶片润湿性的主要因素有叶面蜡质含量与形态,叶面绒毛数量、质地、形态和分布方式,气孔和表皮细胞形态和大小,叶水分状况等。叶表面的化学组成和形态是影响叶润湿性的主要内在原因,但外界环境的变化通过影响表面的结构和形态来影响叶润湿性。叶面的润湿性是植物叶片截流降水的微观基础,水分在润湿性强的叶面上铺展呈膜;在不润湿的叶面上形成水珠,容易在风和重力的作用下离开叶面;铺展的水膜,又会对叶的光合作用产生重要的影响。不同润湿性的叶面,滞留、吸附、过滤各种大气污染物数量不同;这些污染物沉降在叶片表面,与叶面发生相互作用,从而改变叶面的润湿性。植物叶含水量的高低对叶感染病菌有重要的影响,在病菌感染期间如果叶表面完全润湿则有利于病菌侵染;一旦病菌侵染,又会对叶面结构造成破坏,需要考虑润湿性能对防治病虫害的农药液滴持留的影响。对于润湿性小、斥水性大的植物,其叶表面表现出一定的自清洁功能;根据这些高疏水性、具有自清洁性的植物叶面特征,可利用或借鉴生物学信息进行仿生设计或制造新的功能材料。润湿性作为固、气、液三相作用的综合结果,是认识植物界面关系的微观基础,对于植物叶面生态功能的认识具有重要的意义。

... 润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程, 接触角是衡量固体表面(包括植物叶片表面)润湿性的有效指标^[3] ...

1998

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... 能力^[4] ...

2009

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... 是区分润湿与不润湿的界限^[5,6], 但也有一些研究指出其界限可能在100#cod#x000b0 ...

2011

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... 是区分润湿与不润湿的界限^[5,6], 但也有一些研究指出其界限可能在100#cod#x000b0 ...

2006

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... ^[7] ...

2015

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... 而在粗糙的亲水表面上, 水接触角则较小^[8] ...

2012

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... 很多学者都对地物的二向性反射做了定量研究, 并利用多角度信息对目标地物的空间结构进行识别与反演^[9,10,11] ...

2016

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... 很多学者都对地物的二向性反射做了定量研究, 并利用多角度信息对目标地物的空间结构进行识别与反演^[9,10,11] ...

2017

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... 很多学者都对地物的二向性反射做了定量研究, 并利用多角度信息对目标地物的空间结构进行识别与反演^[9,10,11] ...

2011

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... 王霞等^[12]基于偏振双向反射分布函数, 综合考虑材料表面的镜面反射和漫反射, 得到粗糙表面反射辐射偏振度的一般表达式 ...

2015

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... 刘卿等^[13]分析研究了与偏振二向反射特性相关的粗糙表面的影响参数及其与散射偏振特性的作用机理, 并对参数反演方法进行了改进 ...

2017

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... 实验使用的多角度测量平台是由东北师范大学赵云升教授课题组联合长春光学精密机械研究所研制开发的室内大型BRDF测量装置^[14] ...

2011

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... 通过在光谱仪光纤前端安置偏振片, 可以测量样品在不同偏振态的反射光谱^[15] ...

... 研究表明, 较大的天顶角更适于测量地物表面偏振^[15], 因此将光源入射天顶角#cod#x003b8 ...

... 偏振相对于白板反射比(R_min)计算, 可表示为^[15] ...