蝴蝶翅膀微纳米结构环境下智能化浸润性及光谱信息

admin · 发表于 2022-7-29 17:32:12

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雅宝题库解析：
生物经过几十亿年的进化，使其不仅适应于自然而生存，而且其适应程度近乎于完美。生物体的一些奇妙功能远远超乎于人类自身先前的设计，同时也为人类解决疑难题目提供了模板。蝴蝶翅膀具有超疏水性和艳丽的结构色两种特性，一时间成为众多生物学、材料学以及仿生学等方面专家的研究对象。浸润性是固体表面的重要特征之一，它由物体表面的化学物质成分和微观几何结构共同决定，而超疏水表面是指水在固体表面的接触角大于150o的表面。蝴蝶翅膀表面艳丽的色彩主要来自于鳞片的结构色，其颜色的呈现是由于鳞片表面的沟、脊、片层、坑洞等形态与结构的耦合作用以及鳞片的数量、形状、大小、距离、排列方式、角度等差异而对光波产生不同的反射、折射、干涉等物理作用而产生的。浸润性和结构色是本文的研究重点。本论文首先介绍蝴蝶翅膀结构色和浸润性的研究进展。采用环境扫描电镜（Environmental Scanning Electron Microscopy, ESEM）观察蝴蝶翅膀的微观结构，对其结构多级层级微纳米结构信息进行提取，并构造其微观模型。这种特殊的微观结构是蝴蝶翅膀具有神奇特性的关键。采用可旋转冷台和视频接触角测量仪对翅膀表面的接触角（Contacting angle, CA）和滑动角（Sliding angle, SA）进行测量，分析温度和湿度对二者的影响。温度越低接触角越小，滑动角越大；湿度越大，接触角越小。水珠在蝴蝶翅膀表面的滚动具有方向性，易沿着翅膀脊骨的方向（Radial outward, RO）向边缘滚动，本文采用高速摄像仪在高速的情况下观察了蝴蝶翅膀在振动和自由下落过程中的滚动过程，以及在高湿度环境中的表面水凝结过程，并结合表面粘滞力和动态接触角的角度分析了这种现象产生的原因：蝴蝶翅膀表面粘滞力非常小（10-2 mN）；不同方向力不一样；前进角与后腿角之差约2.7o。蝴蝶翅膀的微观结构实际上是一种光子晶体（Photonic crystal），欢乐女神闪蝶(Morpho nestira)翅膀的正面呈亮丽的蓝色，这种颜色属于结构色，是由其特殊微纳米结构所决定形成的。刷除鳞片后，翅膀几乎呈无色状，蝴蝶翅膀美丽色彩的奥秘全都集中在这些微小的鳞片上。

蝴蝶翅膀微纳米结构环境下智能化浸润性及光谱信息

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