蝴蝶翅膀美丽的背后 蝶翅的超微结构及其功能研究 姚盛颗 5100519055 摘要：蝴蝶翅膀有着极其特殊的微纳米级结构，且各品种蝴蝶的翅膀形态不尽相同。通过对 其结构的研究，可以发现和解释一些蝴蝶翅膀特有的性能，如奇异的色彩与光泽、疏水自清 洁能力以及体温调控能力。受到这种天然优良材料的启发，人类开始研究并利用其结构，开 发出拥有良好性能的新型仿生材料。这种透过现象看本质的思维方式在我们生活的方方面面 都具有重要的指导意义。 从古至今，大自然一直都是人类发明创造的灵感的源泉。她的鬼斧神工造就了每一个精 美的生物结构和系统。蝴蝶因其造型优美，色彩艳丽，成为人们传统的观赏性生物。在中国 的传统文化里，蝴蝶更被赋予了神秘的浪漫主义色彩。美丽的现象背后是生物进化的本质。 蝴蝶在经过长期进化和自然选择之后，逐渐形成了更加适应自然的形态结构。它的翅膀表面 拥有独特的超微结构，这种结构使得蝴蝶呈现出华美亮丽的色彩，也使其具有了较强的疏水 性和自清洁性，更让其具备自动调节体温的功能而得以生存。通过对蝴蝶翅膀超微结构的观 察和研究，我们可以从中受到启发，从而开发出类蝶翅结构的仿生材料。这在人们的日常生 活、航空航天、军事以及通讯等领域都有着极其广阔的应用前景。 1蝴蝶翅膀的超微结构 扫描电子显微镜下观测表明蝴蝶翅膀表面在微观下并非是光滑平整的，而是覆盖着重叠 排列的瓦片般的鳞片，鳞片排列方向与翅脉发散方向一致，鳞片通过小柄镶嵌在鳞片囊中。 鳞片上又有十多条纵向隆起的脊脉，相邻两脊脉间又有几千条横向的肋。每种瑚蝶翅膀的结 构特征参数都不尽相同。比如鳞片根部排与排之间的距离，鳞片上相邻两个脊脉间的距离和 鳞片上相邻脊脉间的相邻两肋的距离等等都有所差异。以下列举几种比较有代表性的蝴蝶翅 膀具体结构。 1.1迁粉蝶 迁粉蝶翅膀的鳞片排列整齐，形状规则，鳞片游离缘多呈二齿结构。鳞片上有沿鳞片长 度方向的纵隆脊和横向的肋，每条脊脉上又由与鳞片呈约30°倾斜的周期性薄片叠合而成， 薄片间充满空气。肋间的凹坑中布有十多个橄榄形珠子。这种结构使得照射在其上的光产生 折射、反射及干扰而形成明亮光泽的颜色。当去除鳞片时可以明显观察到鳞片囊。 图1.1-1迁粉蝶鳞片（放大200倍） 图1.1-2迁粉蝶鳞片（放大10000倍）蝴蝶翅膀美丽的背后 ——蝶翅的超微结构及其功能研究 姚盛颖 5100519055 摘要：蝴蝶翅膀有着极其特殊的微纳米级结构，且各品种蝴蝶的翅膀形态不尽相同。通过对 其结构的研究，可以发现和解释一些蝴蝶翅膀特有的性能，如奇异的色彩与光泽、疏水自清 洁能力以及体温调控能力。受到这种天然优良材料的启发，人类开始研究并利用其结构，开 发出拥有良好性能的新型仿生材料。这种透过现象看本质的思维方式在我们生活的方方面面 都具有重要的指导意义。 从古至今，大自然一直都是人类发明创造的灵感的源泉。她的鬼斧神工造就了每一个精 美的生物结构和系统。蝴蝶因其造型优美，色彩艳丽，成为人们传统的观赏性生物。在中国 的传统文化里，蝴蝶更被赋予了神秘的浪漫主义色彩。美丽的现象背后是生物进化的本质。 蝴蝶在经过长期进化和自然选择之后,逐渐形成了更加适应自然的形态结构。它的翅膀表面 拥有独特的超微结构，这种结构使得蝴蝶呈现出华美亮丽的色彩，也使其具有了较强的疏水 性和自清洁性，更让其具备自动调节体温的功能而得以生存。通过对蝴蝶翅膀超微结构的观 察和研究，我们可以从中受到启发，从而开发出类蝶翅结构的仿生材料。这在人们的日常生 活、航空航天、军事以及通讯等领域都有着极其广阔的应用前景。 1 蝴蝶翅膀的超微结构 扫描电子显微镜下观测表明蝴蝶翅膀表面在微观下并非是光滑平整的，而是覆盖着重叠 排列的瓦片般的鳞片，鳞片排列方向与翅脉发散方向一致，鳞片通过小柄镶嵌在鳞片囊中。 鳞片上又有十多条纵向隆起的脊脉，相邻两脊脉间又有几千条横向的肋。每种蝴蝶翅膀的结 构特征参数都不尽相同。比如鳞片根部排与排之间的距离，鳞片上相邻两个脊脉间的距离和 鳞片上相邻脊脉间的相邻两肋的距离等等都有所差异。以下列举几种比较有代表性的蝴蝶翅 膀具体结构。 1.1 迁粉蝶 迁粉蝶翅膀的鳞片排列整齐，形状规则，鳞片游离缘多呈二齿结构。鳞片上有沿鳞片长 度方向的纵隆脊和横向的肋，每条脊脉上又由与鳞片呈约 30°倾斜的周期性薄片叠合而成， 薄片间充满空气。肋间的凹坑中布有十多个橄榄形珠子。这种结构使得照射在其上的光产生 折射、反射及干扰而形成明亮光泽的颜色。当去除鳞片时可以明显观察到鳞片囊。 图 1.1-1 迁粉蝶鳞片（放大 200 倍） 图 1.1-2 迁粉蝶鳞片（放大 10000 倍）