自然納米結構的光功能特性及仿生應用.pdf

1、大自然是創(chuàng)造的寶庫,是人類賴以生存的基礎和智慧的源泉。在長達億萬年的進化過程中,大自然中的各種生物為了更好地適應環(huán)境,在激烈的生存競爭中勝出,進化出了及其豐富的納米身體結構來滿足其對于特殊光功能的需求。仿生學是一門古老的學科,從人類誕生以來我們就不斷地汲取著大自然智慧的養(yǎng)分。進入新世紀以來,由于能源問題和人口問題等危機日益突出,探索和制備新型的光功能納米結構的需求越來越迫切,一系列自然光功能納米結構的發(fā)現(xiàn)和深入研究為解決這個問題提供了新

2、的可能性?；诖苏J識,本研究在以下方面做出了嘗試。一方面,對Ornithopteragoliath,Troidesaeacus和PapiliohelenusLinnaeus三種蝴蝶黑色翅膀背部鱗片的微結構和光學性能進行了研究,并進行了三維時域有限差分法的建模計算和理論分析;另一方面,利用在Ornithopteragoliath翅膀背部黑色鱗片中發(fā)現(xiàn)的高效納米減反結構制備了超黑超薄的非晶碳薄膜;除了以上兩個方面之外,還對植物葉片中的分級納

3、米多孔結構對所制備的發(fā)光材料的光性能的影響進行了研究和計算。所得的主要研究結論如下:1.在三種黑色蝴蝶翅膀背部鱗片中發(fā)現(xiàn)了三種不同的可以有效增加光吸收的納米結構,分別為Ornithopteragoliath中類似微波暗室吸波體的尖劈形結構、Troidesaeacus中脊隔交錯納米雙排孔結構以及PapiliohelenusLinnaeus中的類蜂窩狀亞波長納米孔陣列。以上納米結構使黑色鱗片實現(xiàn)了99％的光吸收和1%的光反射,其中對于反射的

4、衰減達到92%。2.基于Ornithopteragoliath中的倒V型尖劈納米結構,通過真空燒結法制備了超黑超薄的非晶碳薄膜。薄膜的厚度只有5μm,只有之前報道的超黑才老的1/6左右,但是對于光線的吸收性能卻與之相近。薄膜中倒V型的納米減反結構使得反射的能量只有平板結構碳膜的1/14。除此之外,本研究還第一次計算出了生物質資源轉化的非晶碳材料在可見光波段的復折射率。3.通過對比繼承自樹葉結構的具有納米分級多孔的硅酸鈣發(fā)光材料以及不具有