超亲水表面是一种极端润湿性表面,具有超浸润的特点。超亲水表面在自清洁、防雾、油水分离、高负液体运输、血液相容材料、骨亲和性材料等方面具有广泛的应用价值。在超亲水表面的研究中,大自然中存在的天然超亲水表面给我们无数启示。研究表明,泥炭藓是一种具有超亲水表面的植物,但现有研究尚未对其亲水性进行系统性研究。因此,本文将泥炭藓这种天然的超亲水植物作为研究对象,对泥炭藓叶片的结构、微观形貌和表面化学成分进行表征,并通过高速相机对液体在泥炭藓表面的润湿性能进行深入研究。首先,本文对泥炭藓最大吸水质量,吸水速度,失水速度,失水率进行研究,结果表明泥炭藓植物的最大吸水质量是其干燥质量的22.5倍;同时,本文对泥炭藓吸水质量和吸水速率与时间的关系进行研究,发现吸水质量与时间具有m_absorb=alnt_absorb+b的自然对数函数关系,吸水速率与时间符合v_absorb=at^b_absorb幂函数关系。然后,本文对泥炭藓微观形貌进行研究,发现泥炭藓叶片主要呈半葫芦状,叶片前部较尖锐,叶片中后部渐宽,叶片外突,叶片内部可以储存大量水分。由于泥炭藓叶片由单层中空细胞组成,我们采用分形维数、表面粗糙度等参数对泥炭藓表面的结构特性进行表征,建立泥炭藓植物三维模型,进而计算出泥炭藓叶片的最大吸水量和孔隙率等性能指标。本文通过高速摄像观察,研究液体在泥炭藓植物中的铺展过程,分析了液体的表面张力、粘度对其在泥炭藓表面铺展距离和铺展速度的影响,推导了泥炭藓茎叶的铺展方程。同时,根据传统的超亲水表面润湿理论,本文修正了泥炭藓叶片的接触角方程,发现中空细胞表面的粗糙结构与中空细胞内部高孔隙率共同作用是泥炭藓叶片表面具有超亲水性的重要原因。本文对液体在泥炭藓叶片中空细胞内的铺展过程进行研究,发现泥炭藓叶片中空细胞内壁并不光滑,由骨架将细胞整体分割成诸多隔间,液体在中空细胞内部的流动过程是依次填充每一个隔间,根据数据测量拟合得出,铺展距离与时间的关系是l_spread=202t^0.53_spread,铺展速度方程是v_spread=107t^-0.47_spread。本文观测了在雾天环境下泥炭藓吸取雾水的宏观/微观过程,通过实际观察可以发现,在吸取雾水的前期,泥炭藓叶片中空细胞间的突起结构可以扩大雾水与泥炭藓叶片表面的真实接触面积,使得泥炭藓叶片表面能更快吸收更多雾水,随着雾水吸取量的增加,泥炭藓叶片中空细胞以及叶片内部空间均被雾水填充,以满足泥炭藓对于水分的需求。最后,本文为探究泥炭藓吸收落雨的过程,对下落液滴与泥炭藓茎叶的相互作用进行研究。研究表明,泥炭藓茎叶的弹性会提高水滴撞击后的临界分离速度,可使泥炭藓茎叶吸收下落速度较快的液滴,使泥炭藓植物在雨天环境中吸收更多的雨水。