生物結(jié)構(gòu)色機(jī)理及仿生構(gòu)色研究.pdf

1、自然界中許多生物體會(huì)產(chǎn)生色彩斑斕的顏色。從顯色原理上來(lái)說(shuō)，其顏色一般可分為化學(xué)色和物理色。化學(xué)色一般指通過(guò)生物體內(nèi)所含的色素對(duì)光的吸收所引起的顏色；物理色指的是由于生物體的微結(jié)構(gòu)引起光的干涉、衍射或散射而形成的顏色，也稱為結(jié)構(gòu)色。由于結(jié)構(gòu)色具有不褪色、環(huán)保和虹彩效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，在顯示、裝飾、防偽等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)自然界中生物的結(jié)構(gòu)色形成機(jī)理及其應(yīng)用進(jìn)行研究，可以促進(jìn)仿生結(jié)構(gòu)色加工和微納米光學(xué)技術(shù)的發(fā)展。
　　 本文主要研究

2、內(nèi)容及成果如下：
　　 1.結(jié)構(gòu)色能引起不同研究領(lǐng)域科研人員廣泛關(guān)注，源于在自然界中的結(jié)構(gòu)色與微結(jié)構(gòu)之間的復(fù)雜關(guān)系。微結(jié)構(gòu)的精確描述及其光學(xué)特性分析是一個(gè)不斷發(fā)展和完善的過(guò)程。為研究蝴蝶結(jié)構(gòu)色產(chǎn)生機(jī)理，本文對(duì)兩種典型鱗片進(jìn)行結(jié)構(gòu)觀測(cè)，得到鱗片微觀結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，并根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)建立結(jié)構(gòu)模型；用時(shí)域有限差分法分析鱗片的光學(xué)特性，研究結(jié)構(gòu)模型參數(shù)對(duì)光譜和顏色的影響。S.C.formosana翅膀上閃亮的藍(lán)色是由鱗片表面上脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生；

3、當(dāng)脊平層與鱗片基底角度較小時(shí)，鱗片結(jié)構(gòu)色可用二維塔狀模型進(jìn)行分析；當(dāng)脊平層與鱗片基底角度逐漸增大時(shí)，顏色主波長(zhǎng)逐漸向短波長(zhǎng)移動(dòng)，亮度逐漸減小。鳳蝶P.P.Fabricius和 P.lorquinianus鱗翅有上下層兩種鱗片組成，鱗翅結(jié)構(gòu)色主要由上層鱗片產(chǎn)生類(lèi)型；附著上層鱗片上的脊型結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)顏色基本上沒(méi)有影響；鱗片上的凹坑形狀會(huì)對(duì)顏色產(chǎn)生影響，隨著深度逐漸減小，顏色主波長(zhǎng)往長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)，且顏色亮度逐漸增大，當(dāng)鱗片表面無(wú)凹坑時(shí)，亮度最

4、大。
　　 2.基于蛋白石結(jié)構(gòu)的膠體晶體在顯示和傳感等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，研究膠體晶體折射率對(duì)比度和晶格間距與對(duì)帶隙參數(shù)之間的關(guān)系對(duì)可變結(jié)構(gòu)色應(yīng)用具有重要參考意義。本文制備了緊密排列和非緊密排列的兩種膠體晶體，通過(guò)改變折射率對(duì)比度和間隔間距獲得來(lái)了可變結(jié)構(gòu)色。理論分析和實(shí)驗(yàn)表明膠體晶體的反射光譜帶寬特性受折射率對(duì)比度和晶格距離的影響。膠體晶體的峰值移動(dòng)量與晶格間距的變化量近似成線性關(guān)系；在膠體晶體晶格變化量相同的情況下，折射

5、率對(duì)比度低的膠體晶體能獲得更大的峰值位移。折射率對(duì)比度高的膠體晶體其反射峰半寬比折射率對(duì)比度低的半寬要大。低折射率對(duì)比度的膠體晶體峰值強(qiáng)度比高折射率對(duì)比度的膠體晶體的峰值強(qiáng)度要低；對(duì)某一特定折射率對(duì)比度的膠體晶體，總存在一個(gè)峰值波長(zhǎng)使峰值強(qiáng)度最大。這些結(jié)論將為基于蛋白石結(jié)構(gòu)響應(yīng)性光子晶體的制作提供有益參考。
　　 3.顯色纖維以其環(huán)保性已引起人們的關(guān)注。本文通過(guò)模仿自然界中微結(jié)構(gòu)，嘗試對(duì)纖維進(jìn)行了結(jié)構(gòu)色設(shè)計(jì)，構(gòu)造了橫截面為蜂窩狀