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產(chǎn)生色彩斑斕的顏色。從顯色原理上來說，其顏色一般可分為化學(xué)色和物理色。化學(xué)色一般指通過生物體內(nèi)所含的色素對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)特性分析是一個不斷發(fā)展和完善的過程。為研究蝴蝶結(jié)構(gòu)色產(chǎn)生機(jī)理，本文對兩種典型鱗片進(jìn)行結(jié)構(gòu)觀測，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，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，顏色主波長逐漸向短波長移動，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)生類型；附著上層鱗片上的脊型結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)顏色基本上沒有影響；鱗片上的凹坑形狀會對顏色產(chǎn)生影響，隨著深度逐漸減小，顏色主波長往長波長方向移動，且顏色亮度逐漸增大，當(dāng)鱗片表面無凹坑時，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比度和晶格間距與對帶隙參數(shù)之間的關(guān)系對可變結(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，通過改變折射率對比度和間隔間距獲得來了可變結(jié)構(gòu)色。理論分析和實驗表明膠體晶體的反射光譜帶寬特性受折射率對比度和晶格距離的影響。膠體晶體的峰值移動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、率對比度低的膠體晶體能獲得更大的峰值位移。折射率對比度高的膠體晶體其反射峰半寬比折射率對比度低的半寬要大。低折射率對比度的膠體晶體峰值強(qiáng)度比高折射率對比度的膠體晶體的峰值強(qiáng)度要低；對某一特定折射率對比度的膠體晶體，總存在一個峰值波長使峰值強(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。本文通過模仿自然界中微結(jié)構(gòu)，嘗試對纖維進(jìn)行了結(jié)構(gòu)色設(shè)計，構(gòu)造了橫截面為蜂窩狀