开题报告谈超

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1、毕业设计（论文）学生开题报告课题名称蝶翅微纳结构建模课题来源白选课题类型DY指导教师郭文俊学生姓名谈超学号0910131114专业班级09测控一班一、本课题的研究现状用热场发射扫描电子显微镜观测迁粉蝶、密纱眉眼蝶、素饰蝶、绿带风蝶和黑绢斑蝶翅膀表面的超微结构，测量分析表明：蝴蝶翅膀表面覆盖着重叠排列的瓦片状鳞片，鳞片上分布有纵隆脊和肋，相邻脊脉与肋间形成了凹坑；鳞片的排间距、脊和肋按蝴蝶种类的不同而具有不同的尺寸。蝴蝶翅膀具有超疏水性，它的超微结构为制备疏水材料提供了一种新的结构和思路。但目前对于正常和去鳞的蝴蝶翅膀表面超微结构的对比及其对浸润性的影响规律的研究仍然有限。利用热

2、场发射扫描电子显微镜观测迁粉蝶、密纱眉眼蝶、素饰峡蝶、绿带风蝶和黑绢斑蝶为试验对象，观测蝴蝶翅膀表面的微观结构，研究蝴蝶翅膀的接触角，测量正向、逆向和垂直翅脉发散方向的滚动角等，为进一步研制新型超疏水性材料提供了重要理论和试验依据。2010年科勒与乌尔里奇・斯特纳教授和杰里米・巴姆伯格教授对印度尼西亚凤蝶（学名Papilioblumei）进行了研究。它们的翅膀鳞片由类似蛋盒内部的错综复杂的微观结构构成。由于特殊的外形加之由表皮和空气交替层构成，这些结构在反射光线时能够呈现出强烈的色彩。科勒及其同事利用一整套纳米制造程序，复制出拥有相同结构的蝴蝶翅膀鳞片，这些复制品能够呈现出与蝴

3、蝶翅膀一样生动的色彩。纳米技术被用于制造极其微小的纳米尺度设备。采用环境扫描电子显微镜（ESEM）观测了蝴蝶翅膀的微观结构，揭示了蝴蝶翅膀颜色的各向异性特征.采用高速摄像仪实时动态观察了蝴蝶翅膀的水凝结浸润特性,分别探究了蝴蝶翅膀在水平、不同倾斜角度以及在振动条件下的水凝结的憎水性.基于微观结构,对蝴蝶翅膀的水凝结憎水特性进行机理阐述.定量描述了其表面的黏滞特性，并基于蝴蝶翅膀的微观结构效应阐述了翅膀表面水凝结的憎水性机制.蝴蝶翅膀不仅仅是美丽的，他们还是太阳能的高级收藏家，并以此来保暖。研究人员称，蝴蝶翅膀的木瓦状结构可以提供宝贵的线索，来开发更好的太阳能光伏技术。科学家用电

4、子显微镜研究了两种黑色蝴蝶的翅膀结构，之所以选择黑色翅膀是因为他们可以最大化地吸收太阳光。他们发现蝴蝶翅膀是由细长的矩形组成的，排列有点像屋顶上重叠的木瓦一样。在每种翅膀上还有陡蜡的山脊，并且翅膀边缘有小孔可以通向第二层。这些使得直射太阳光可以到达第二层，帮助蝴蝶获取更多热量。研究者可以模仿蝴蝶翅膀建造模型来进行太阳能光伏发电。这个原型是非常非常有效的“，范I■専士说。他和他的团队将致力于借助蝴蝶翅膀的灵感来创造出商业化的产品。蝴蝶因为其翅膀上变化多端、绚烂美好的花纹而使人着迷。这也让生物学家们感到疑惑：蝴蝶令人眼花缭乱的颜色是如何形成的，又有什么不同意义呢？在研究了菜粉蝶和其

5、他蝴蝶翅膀的表面后，希拉尔多揭示了这个秘密：翅膀上的纳米结构正是蝴蝶的“色彩工厂”。19世纪英国博物学家亨利・贝兹花了11年时间在亚马孙河收集到了14000多种动物标本，其中也包括多种蝴蝶。他曾经这样说：了解这些动物能帮助我们揭示生命的力量。而蝴蝶，这种被认为浅薄轻佻的昆虫则将成为生物学屮最有价值的精灵。通过电子显微镜的观察，希拉尔多发现这些菜粉蝶翅膀的结构非常奇特。尽管不同种类的蝴蝶，鳞粉结构不同，但彼此Z间还是有共同特征。一般来说，蝴蝶翅膀由两层仅有3至4微米厚的鳞片组成，上面一层鳞片像微小的屋瓦一样交替，每个鳞片的构造也很复杂。而下一层则比较光滑。蝴蝶翅膀这种井然有序的安

6、排形成了所谓的光子晶体，也就是纳米结构。通过这种结构，蝴蝶翅膀能捕捉光线，仅让某种波长的光线透过。这便决定了不同的颜色。二.本课题的研究目的及意义Morpho蝴蝶鳞翅上的微纳结构对光产生干涉、衍射等效应，形成典型的结构色现象.本文针对仿Morpho蝴蝶鳞翅微纳结构进行二维建模，结合严格耦合波理论进行光学特性仿真分析，研究了模型结构参数、坏境折射率等对光学特性的影响及反射光谱曲线的变化规律.增大二维模型纵向周期高度，反射光谱峰值反射率增加，且峰值波长向较大方向偏移；减小纵向周期数，峰值显著下降，波峰变宽，峰值波长也向较大一侧偏移；增大横向周期宽度，峰值略有下降，峰值波长也向波长较

7、大一侧偏移，但整体变化不大；改变环境氛围，即增大环境折射率,峰值亦大幅下降，峰值波长向波长较大一侧明显偏移.上述结论揭示了Morpho蝴蝶所特有的结构色本质，对于具有环境气氛检测功能的仿生微纳结构的设计优化和制造、应用具有重要意义.Morpho蝴蝶在阳光照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这种颜色效应是由蝴蝶鳞翅上特殊的微纳结构引起的，是一种典型的结构色，而针对其结构光学机理的研究则是仿生学中的一个重要方向.通过对蝶翅微纳结构的研究可以让我们在现实中实现各种各样的应用：1.根据Morpho蝶翅表