[发明专利]具有三维多孔结构的仿生光谱模拟材料及制备方法

说明书

本发明属于光谱模拟领域,涉及具有三维多孔结构的仿生光谱模拟材料及制备方法。所述的三维多孔光谱模拟材料具有相互连通孔洞的三维网络结构，该材料体积密度小于0.1g/cm³，开放孔隙率大于90％；所述的三维网络结构能模拟绿色植物光谱在800～1300nm的“近红外高原”特性；该材料添加绿色染料或颜料能实现模拟植物可见光区的光谱特征。本发明针对以往仿生叶片结构复杂，采用的着色剂稳定性较差或具有毒性，设计制备了一种具有三维多孔结构的仿生光谱模拟材料，其多孔结构可以模拟树叶的叶肉组织，在可见光‑近红外区具有与绿色植物相似的反射光谱，具有绿色植物反射光谱的所有特征。

技术领域

本发明属于光谱模拟领域,涉及具有三维多孔结构的仿生光谱模拟材料及制备方法。

背景技术

仿生学是由美国学者采用拉丁名命名而来，意为以模仿生物系统特有的生命方式性质去建造技术系统的科学，近年来发展为被科研界学者专家名为受生物启发而研制开发的新材料。随着材料学、纳米技术、系统生物学、物理化学以及分子生物学等学科的发展，仿生学便被灵活地运用其中。

自然界中的生物经过亿万年的进化，形成了许多具有优异结构特性的结构，如多孔结构，人类受生物中多孔结构的启发，制备出了多种多样的具有特定性能的多孔材料，例如研究者通过利用氧化铝材料对海胆刺这种含有生长环的三维多孔结构进行了仿生制备，得到了吸收冲击能量性能优异的多孔结构材料。众所周知，新鲜的植物叶片是由表皮、疏松多孔的叶肉组织和叶脉组成，叶片中含有一定的水分，在叶肉细胞中存在许多叶绿体，这些都是树叶进行生理活动的必要因素。

在太阳光谱方面，不同地物会因为组成成分和结构的差异在300-2500nm呈现不同的光谱特征，因此每种地物具有其特有的诊断光谱特征，例如植被、沙土、矿物质都有其特征光谱。研究者们试图通过模拟叶片的结构与组成，制备出一种可以模拟植物反射光谱的仿生叶片。刘志明设计了一种模型，以透光性好的高分子薄膜、发泡的聚氨酯材料、植物色素的微胶囊和高吸水性树脂分别模拟植物叶片中的表皮、叶肉组织、色素和水，简化之后的仿生材料与多片梧桐叶叠加的反射光谱较为相似；高颖研制了一种以聚乙烯醇为主体、以氯化锂和氧化铬绿为添加剂的仿生薄膜，和植物叶片的光谱类似。

发明内容

本发明提供了一种具有三维多孔结构的仿生光谱模拟材料及制备方法，其多孔的三维网络结构可以模拟植物的叶肉组织，在近红外区保持较高的反射率，加入绿色染料或颜料后，可以模拟植物叶片在380-2500nm的反射光谱。

本发明的技术方案如下：

具有三维多孔结构的仿生光谱模拟材料，具有相互连通孔洞的三维网络结构，该材料体积密度小于0.1g/cm³，开放孔隙率大于90％；所述的三维网络结构能模拟绿色植物光谱在800～1300nm的“近红外高原”特性；该材料添加绿色染料或颜料能实现模拟植物可见光区的光谱特征。

具有三维多孔结构的仿生光谱模拟材料的制备方法，步骤如下：

本发明采用以一步法为例：

将聚醚多元醇、发泡剂、泡沫稳定剂和胺类催化剂混合搅拌均匀作为A料，加入定量的异氰酸酯和锡类催化剂混合物B料，所述泡沫稳定剂为聚醚多元醇和异氰酸酯(TDI)总用量之和质量分数的1.0％～2.0％。所述胺类催化剂和锡类催化剂的质量比为2:8～8:2。所述胺类催化剂和锡类催化剂用量之和为聚醚多元醇和异氰酸酯(TDI)用量之和质量分数的0.8％。

所述的聚醚多元醇和异氰酸酯质量比为50:19。高速搅拌后倒入模具中开始发泡，发泡结束后熟化成型，所述熟化成型过程的温度为60-80℃，熟化时间为2-4h，得到具有三维多孔结构的仿生光谱模拟材料。

所述聚醚多元醇为聚醚3055、聚醚D360L、聚醚3050、聚醚330N中的一种。

所述异氰酸酯为TDI100、TDI80、TDI60中的一种。