[发明专利]基于空间三角函数的鳞翅目微纳结构统一表征方法和系统

说明书

本发明提供了一种基于空间三角函数的鳞翅目微纳结构统一表征方法和系统，包括：步骤1：获取鳞翅目微纳结构，对获取的鳞翅目微纳结构进行解析，得到三角函数f(x,y,z)＝sin(x)＝t，并推导该三角函数在三维空间内的结构特性；步骤2：在该三角函数上复合三角周期函数单项式或其他空间多项式，并将参数t由稳态常数扩展为赋值区间，以此表征具有复杂特性的微纳周期结构；步骤3：通过函数推导，反解微纳周期结构参数的解。本发明实现了数学参数与结构特性的精确耦合，可为后续微纳构型数据库的建立提供统一标准，有利于研究者高效建立结构模型并更加系统地进行大数据优化以满足特定需求。

技术领域

本发明涉及仿生微纳结构模型构造技术领域，具体地，涉及一种基于空间三角函数的鳞翅目微纳结构统一表征方法和系统。

背景技术

微纳结构以其特殊的排列和周期性特点，已在光热、隐身、传输、微纳力学等领域展现出巨大的应用前景。当前，利用微纳结构对材料表面进行修饰已成为制备高性能先进材料的重要手段。经过数十亿年的进化，自然界生物体的某些部位如鳞片、羽毛等已进化出特定微纳结构以满足光学、力学等需求。特别是鳞翅目(蝴蝶与蛾子)昆虫，其种类多达17.5万种，已成为启迪微纳光子构型设计的天然宝库。

现今，对于闪蝶、凤蝶、灰蝶中的微纳结构及其光学特性已有大量的研究，以蓝闪蝶蓝色鳞片中的树枝状结构为例，已提出多层膜、具有脊结构的多层膜、具有肋交错的树枝结构、具有松树形肋交错的树枝结构等模型来研究其蓝色成因并通过粒子群优化算法、遗传算法等手段进行了相关性能的参数优化。然而，缺乏一个统一的模型精确、系统地表征鳞翅目微纳结构的关键特征。这极大限制了比较不同类型结构之间的特性，也限制了发现不同结构之间性能存在的潜在联系。最重要的，对于后续针对不同微纳结构进行大数据优化，提取关键核心参数进行微纳结构数据库的构建，缺少统一、简洁的标准。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于空间三角函数的鳞翅目微纳结构统一表征方法和系统。

根据本发明提供的基于空间三角函数的鳞翅目微纳结构统一表征方法，包括：

步骤1：获取鳞翅目微纳结构，对获取的鳞翅目微纳结构进行解析，得到三角函数f(x,y,z)＝sin(x)＝t，并推导该三角函数在三维空间内的结构特性；

步骤2：在该三角函数上复合三角周期函数单项式或其他空间多项式，并将参数t由稳态常数扩展为赋值区间，以此表征具有复杂特性的微纳周期结构；

步骤3：通过函数推导，反解微纳周期结构参数的解，得到构型参数的精确表征，进行大数据系统性优化，为微纳构型数据库的建立提供统一标准；

其中：x、y、z分别为X、Y、Z分别表示空间坐标系的方向坐标值；T_x、T_y、T_z分别为对应方向的周期大小；t为填充系数。

优选的，所述步骤2包括：

-对于具有二维特性的空间结构，在等式三角函数部分与仅包含x或y的单项式或多项式相加，或与单项式相乘；

-对于具有三维特性的空间结构，在等式三角函数部分与多项式相加，或与多项式相乘；

-若对结构进行旋转、翻折变换，则将空间三角函数与非三角元素的单项式或多项式相加或相减。

优选的，若参数t为常数，则f(x,y,z)表示空间平面或曲面；

若参数t为赋值区间，则表示满足f(x,y,z)在区间t内的所有解对应的空间点构成相应的周期结构。

优选的，根据微纳结构的对称性、手性以及结构的填充率，参数t扩展的区间形式包括：t≥a、t≤a、|t|≥a、|t|≤a以及a≤t≤b；

其中：a、b均为填充限域参数。