仿昆蟲表面結(jié)構(gòu)膜的制備及其性能研究.pdf

1、生物體在漫長的進化過程中為了適應(yīng)環(huán)境而逐漸進化出了各種特殊的表面結(jié)構(gòu)，昆蟲在這方面體現(xiàn)得尤為突出，昆蟲的許多特性與其表面微結(jié)構(gòu)有著密切的聯(lián)系，一直是結(jié)構(gòu)仿生研究的熱點，在制備材料過程中人們希望從這些天然的微結(jié)構(gòu)上獲得更加優(yōu)異的性能。目前國內(nèi)外對結(jié)構(gòu)仿生研究成果主要集中在力學(xué)和疏水性質(zhì)方面，對昆蟲表面的光學(xué)性能的觀察和研究較少，需要進一步認(rèn)識和利用昆蟲表面對光調(diào)控的特性。為此，本文通過分析典型昆蟲的表面結(jié)構(gòu)與紫外－可見反射光譜的關(guān)系，探討

2、了在材料表面上拓模昆蟲表面結(jié)構(gòu)的方法，制備了仿昆蟲表面結(jié)構(gòu)的光功能膜。主要研究工作如下：
　　 首先，以典型昆蟲金龜子鞘翅、鍬甲前胸背板以及直錐象翼鎖為主要研究對象，進行SEM的形貌觀察，結(jié)果表明金龜子鞘翅表面結(jié)構(gòu)為陣列的微結(jié)構(gòu)，鍬甲為分布均勻的凹陷結(jié)構(gòu)，直錐象為鱗片狀結(jié)構(gòu)。對其紫外－可見反射光譜進行分析，表明金龜子在532 nm處有較強的反射，而鍬甲表面幾乎完全吸收可見光。分析昆蟲表面結(jié)構(gòu)與紫外-可見反射光譜之間的關(guān)系表明，結(jié)

3、構(gòu)對光的反射有顯著的影響，昆蟲具有多樣性，其表面結(jié)構(gòu)也千差萬別，從而其對光的反射不同，因此昆蟲界存在多種色彩的體表。
　　 其次，將苯胺置于鹽酸和聚乙烯醇(PVA)水溶液介質(zhì)中合成了聚苯胺(PAn)-聚乙烯醇(PVA)復(fù)合物(PAn-PVA)。以PAn-PVA為構(gòu)建材料，金龜子鞘翅、鍬甲前胸背板和它們的PDMS陰模模具為模板，PVA為成膜劑，制備了與金龜子、鍬甲表面的類似結(jié)構(gòu)和互補結(jié)構(gòu)PAn-PVA復(fù)合膜。討論了金龜子、鍬甲表面

4、的類似結(jié)構(gòu)和互補結(jié)構(gòu)PAn-PVA復(fù)合膜對紫外-可見-紅外光反射光譜的影響，結(jié)果表明，在波長300～2600 nm范圍內(nèi)仿金龜子表面結(jié)構(gòu)PAn-PVA膜能夠降低光的反射率；類鍬甲前胸背板表面結(jié)構(gòu)PAn-PVA在紫外可見以及中紅外區(qū)域能夠降低光的反射，在近紅外區(qū)域則相反；而與鍬甲互補結(jié)構(gòu)的PAn-PVA膜除中紅外區(qū)域外都能夠降低光的反射，因此，不同微結(jié)構(gòu)柔性膜材料對光的反射不同。
　　 最后，以鈦酸四丁酯為前驅(qū)物，丙烯酸為交聯(lián)劑制

5、備了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)-二氧化鈦(TiO2)雜化材料。以PMMA-TiO2為構(gòu)建材料，金龜子鞘翅和金龜子的PDMS陰模模具為模板，制備了與金龜子類似結(jié)構(gòu)的PMMA-TiO2膜。然后通過添加PVA成膜劑，制備了金龜子表面的類似結(jié)構(gòu)或互補結(jié)構(gòu)PMMA-TiO2/PVA復(fù)合膜。討論了仿昆蟲PMMA-TiO2/PVA復(fù)合膜對紫外-可見反射光譜的影響，表明在紫外燈的照射下，其光致變色特性可以顯著降低光的反射特性。
　　 綜上所述