生物体中结构色的仿制

论文摘要

在生物界中,颜色的形成主要有两种来源,色素和结构色。结构色,又称物理色,是指光和与光波长量级相当的结构相互作用而产生的颜色。产生机理有干涉、衍射、散射或者它们的结合。生物结构色激发了人们设计生产光学器件的灵感,为人们提供了鲜活的模版。本论文主要研究了碧凤蝶、鸽子羽毛中结构色的产生机理并采用溶胶—凝胶技术仿制出结构色。最后还初步研究了其它两只闪蝶颜色的产生机理。主要内容如下:第一章,介绍了颜色、色度学和溶胶—凝胶技术的基本知识,概述了生物结构色的背景知识和主要研究进展。第二章,介绍了实验装置和传输矩阵的理论计算方法。第三章,介绍了碧凤蝶闪亮颜色的物理机理并仿制出其颜色。通过结构分析、光谱测量及理论模拟,发现闪亮的绿色来源于单个鳞片体内的一维周期性结构。我们用溶胶凝胶技术制备了以玻璃为基底的交替的SiO2和TiO2薄膜,去替代角质层和空气隔离层,成功再现了蝴蝶前翅的美丽的结构色。进一步我们用相同的办法,调整甩膜仪转速甩制出了各种厚度的多层膜,呈现出了各种美丽的色彩。第四章,介绍了鸽子颈部绿色和紫色羽毛颜色的物理机理,并采用溶胶—凝胶技术仿制出其颜色。随着入射角的增大,绿色羽毛由绿色变成紫色,紫色羽毛由紫色变绿色。结构和光谱都说明这两种羽毛的虹彩色都是来由角蛋白表皮的干涉效应造成的。用溶胶凝胶技术制备SiO2薄膜,去替代角蛋白层,成功再现了鸽子颈部两种羽毛的结构色。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 颜色和色度学
• 1.2 生物界中的结构色
• 1.3 溶胶-凝胶方法制备光学薄膜的研究背景
• 1.4 本论文的研究内容及意义
• 参考文献
• 第二章 研究方法
• 2.1 实验装置
• 2.2 光子晶体的理论计算
• 2.3 RGB值理论计算
• 参考文献
• 第三章 对生物体中多层膜结构色的仿制
• 引言
• 3.1 溶胶-凝胶的制备及镀膜
• 3.2 碧凤蝶前翅结构表征
• 3.3 碧凤蝶前翅光谱测量
• 3.4 对碧凤蝶结构色的人工仿制
• 3.5 其它多层膜
• 3.6 讨论
• 参考文献
• 第四章 对鸽子羽毛虹彩色现象的仿生研究
• 引言
• 4.1 鸽子羽毛结构表征
• 4.2 鸽子羽毛光谱测量
• 4.3 鸽子羽毛结构的理论模拟
• 4.4 人工仿制
• 4.5 讨论
• 参考文献
• 论文总结
• 附录:部分彩打附图
• 已发表和待发表的论文
• 致谢