仿蝶翅鳞片微结构红外隐形特性测试与仿真

发布时间：2020-07-02 10:07

【摘要】：隐形技术对降低军事目标被探测和发现的概率、提高生存能力具有重要意义。现有的隐形技术在波段兼容性和效果方面无法满足全方位隐形的需求,新的人工材料及结构成为研究的热点,光子晶体作为一种源于自然界生物天然微纳结构的人工材料,其特殊的带隙结构可以抑制屏蔽物体的辐射。因此,本文借助天然蝶翅鳞片表面三维微纳结构所形成的天然光子晶体对光的反射、干涉、衍射所造成的很明显的辐射抑制,对兼容性隐形技术进行基础性研究。本文从仿生学角度出发,研究了四种蝴蝶蝶翅鳞片形态、结构、光学性能及其相互关系,以此为基础,建立了仿生微纳结构的结构特征与隐形性能的关系约束模型,为隐形结构材料的制备提供技术路线和理论指导。首先,本文利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对绿带翠凤蝶、天堂凤蝶、巴西大蓝闪蝶和尖翅蓝闪蝶鳞片的表面形态和横截面结构进行了观察、测试和分析,发现蝶翅鳞片表面有脊状栅条周期性有序结构,横截面由几丁质薄片构成的树状层脊结构。其次,实验搭建反射式探头光学测试平台,测试得到四种蝶翅样品的反射光谱,进而分析蝶翅鳞片在红外光范围内的反射特性,得到了纳米级树状层脊形状及相关参数。然后,在蝶翅鳞片纳米级树状层脊结构及各个基本结构测试参数的基础上,建立了两种蝶翅的三种简化模型:平层模型、倾斜错层模型、倾斜锥层模型,结合多层薄膜干涉及衍射光栅理论和基于严格耦合波分析理论的光学仿真软件RsoftCAD,分析得到优化模型:倾斜错层模型,以此作为仿真的基础。最后,借助模拟单一结构参数仿真波长与反射率之间的关系,总结了结构参数对光学特性的影响规律,构建满足辐射抑制的仿生优化结构,对比仿生优化结构反射光谱和天然蝶翅鳞片的测试光谱,发现仿生优化结构的反射光谱与测试光谱曲线的相吻合,表明隐形优化结构是合理的。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB17;E91

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