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仿Morpho蝴蝶翅膀微纳结构的优化设计
  • ISSN号:1671-4512
  • 期刊名称:Journal of Huazhong University of Science and Tech
  • 时间:2012
  • 页码:10-14
  • 分类:O43[机械工程—光学工程;理学—光学;理学—物理] O44[理学—电磁学;理学—物理]
  • 作者机构:[1]华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室,湖北武汉430074
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划资助项目(2009CB724204);国家自然科学基金资助项目(90923019,51105159).
  • 相关项目:基于表面纳米褶皱的微纳分级结构仿生制造工艺研究
中文摘要:

鉴于Morpho蝴蝶翅膀呈耀眼蓝色光泽与蝶翅表面的微纳结构有密切联系,提出了一种服务于仿生微纳制造的优化设计方法.根据生物结构的形状与尺寸,结合微纳制造中的工艺约束,建立了便于制造的仿生模型.使用严格耦合波分析对仿生模型进行光学仿真计算.在此基础上,以提高仿生结构的蓝光波段(特征波长为470nm)反射率为目标,利用遗传算法对仿生模型进行了优化设计.所得到的最优结构反射率波峰均位于470nm附近,且反射率明显高于仿生结构.为了分析最优结构的蓝光波段高反射率机理,研究了不同层数最优结构的几何特征,计算了部分结构的磁场强度分布,确定了结构中影响反射率的主要参数.

英文摘要:

Brilliant and iridescent blue color of Morpho butterfly's wing is closely related to micronano structures of the wing. Based on the structural color, an optimal design approach was proposed to facilitate manufacturing artificial micro-nano structures that exhibit the same structural color. First, a biomimetic model was constructed via simplifying the shape of the butterfly structure and at the same time subject to the constraints of a given manufacturing technique. Then, the biomimetic model was optimized with the target of maximizing the reflectivity at blue band (wavelength of 470 nm). All the resulting optimal structures have maximal reflection at about 470 nm, and the reflection peaks are higher than that of the biomimetic model. The geometrical characteristics of the optimal structures were studied and the magnetic field maps were calculated. The results were used to analyze the mechanisms of high reftectivity of the optimal structures. The main parameters affecting the re flectivity were discussed.

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期刊信息
  • 《华中科技大学学报:自然科学版》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中华人民共和国教育部
  • 主办单位:华中科技大学
  • 主编:丁烈云
  • 地址:武汉珞喻路1037号
  • 邮编:430074
  • 邮箱:hgxbs@mail.hust.edu.cn
  • 电话:027-87543916 87544294
  • 国际标准刊号:ISSN:1671-4512
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1658/N
  • 邮发代号:38-9
  • 获奖情况:
  • 全国优秀科技期刊,首届国家期刊奖,第二届全国优秀科技期刊评比一等奖,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:21013