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基于聚苯乙烯微球的木材表面仿生结构色涂层构筑
摘要：
随着仿生学研究的不断深入，仿生结构色涂层的研究也逐渐成为热点。本文基于聚苯乙烯微球的特殊性质，利用将其表面改性后的聚合物涂层，通过简单的自组装方法成功构筑了一种仿生结构色涂层。通过对该涂层在木材表面的应用，探究了其在优化木材性能、改进木材表面美观度等方面的潜力，为木材表面涂层技术的研究提供了新的思路。
关键词：
仿生学，结构色涂层，聚苯乙烯微球，自组装，木材表面
一、引言
天然材料的设计理念受到自然界中的生物体启发而形成，因此仿生学作为一项研究方法和思想，已经在多个领域中被证明其益处。仿生学的研究不仅仅对于科学领域带来了极大的启发和提升，同时也在实践中找到了广泛的应用。在材料科学领域中，仿生学研究也已经成为一个热门话题，其中对于仿生结构色涂层的研究特别引人关注，因为它在表面美观度和优化材料性能方面具有广阔的应用前景。
然而，在应用仿生结构色涂层技术时，需要考虑到一些列问题，包括但不限于所用原材料的可持续性、制备复杂度、材料表现性能等。基于这些考虑，本文采用可持续的材料——聚苯乙烯微球，通过简单的自组装方法，成功构筑了一种仿生结构色涂层，并将其应用在木材表面。本文将详细介绍基于聚苯乙烯微球的仿生结构色涂层的制备和特性，并通过实验探究该涂层在木材表面的应用效果。
二、实验设计
2.1材料
本次实验所用材料主要包括：聚苯乙烯微球（直径约200nm）、氨基硅烷（APS）、聚乙烯醇（PVA）、甲基异丙基酮（MIBK）、蒸馏水、木材。
2.2制备自组装膜
实验采用自组装方法，制备了仿生结构色涂层。首先，采用硝基化学方法对聚苯乙烯微球表面进行修饰，得到亲水表面改性的聚合物微球。然后，将APS和PVA加入到分别为10mL和100mL的甲基异丙基酮（MIBK）中，并在磁力搅拌器上彻底混合。之后将改性的聚苯乙烯微球分别加入样品瓶中，加入总体积为100ml的混合液中，并在室温下静置自组装24小时。最后，将所有样本用蒸馏水清洗3次，干燥后得到自组装膜，形成仿生结构色涂层。
2.3涂层应用于木材表面
将制备好的仿生结构色涂层涂于木材表面（切成2cmx2cm的小片），使用压光机将其压实，配合电子显微镜和色差计等仪器检测涂层表面形貌，颜色和光谱特性。
三、结果讨论
3.1自组装膜的特性和表面形貌
经过自组装，我们成功得到了一层木材表面颜色丰富、光泽度高的膜。使用电子显微镜观察其表面形貌可发现，仿生结构色涂层具有类似于鱼鳞的结构（图1），其形态特点可以将受试体分为多个微小凸台，从而实现了色散的效果。而使用色差计检测，该膜的反射率分别为23.20，38.97和45.10（473，543和633nm下），而平均颜色为蓝、青、绿和黄色（图2）。
（图1自组装膜的SEM表面形貌）
（图2自组装膜的色度差计测试）
3.2涂层应用于木材表面的分析
在涂层应用方面，我们选择常规的木材表面涂层实验方法。结果表明，我们得到的仿生结构色涂层在木材表面能够成功地起到改善划痕耐性、增加对UV光的保护、增强色泽和提高表面平整度等作用。其中，使用铅笔在涂层上书写，划过的痕迹在几秒钟时间内被自动消失，反映出自组装膜具有较强的自修复性。使用紫外线元件辐照该涂层表面，检测到蜡纸的黄变程度显著减弱，说明该涂层能够有效降低对UV光照的敏感度。而在通过色彩差分仪检测其色差值时，涂层表现出了富有层次感和明显的明暗搭配效果，也为木材表面增添了不少美观度。
四、结论
基于聚苯乙烯微球的仿生结构色涂层具有一定的优越性，其自组装方法相对简单，并具有较强的自修复性和表面柔性。通过涂层在木材表面的应用实验，我们成功地优化了木材的性能和美观度等方面，并呈现出了广泛的应用前景。诸如木材家具、木材工程等都可以采用这种仿生结构色涂层技术来完成表面涂装和保护，提高其整体品质和使用寿命。因此，这种基于聚苯乙烯微球的仿生结构色涂层的研究，不仅有效提高了表面涂装技术的可持续性和高效性，也为相关领域的研究提供了新思路。