Page 108 - 《精细化工》2021年第11期

·2254· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

子水于烧杯中并充分混合，将烧杯置于磁力搅拌器
上，在 200 ℃搅拌溶解，制成质量分数 2%~18%的
PVA 溶液。待 PVA 溶解完全且不出现明显的大块胶
状物体后，将其倒入表面皿中放入冻干机开始冻干，
冻干程序设置为–50 ℃@3 h，40 ℃@2 h，–50 ℃

图 2 场区设置 @3 h，重复该过程 4 次；开始正式冻干程序设置为
Fig. 2 Field area setting –35 ℃@1 h，–20 ℃@1 h，–5 ℃@1 h，10 ℃@1 h。
1.3 性能测试与表征
1.2.4 参数设置
采用 FTIR 用薄膜法对 PVA 冻干样品进行 FTIR
运用 comsol5.4 软件对鲍鱼壳结构进行模拟仿
测试；采用 FTIR 进行中远红外反射率测定，波长
真，矩形材料折射率设置为 1.6，空隙材料折射率设
范围为 3~15 μm，测试环境条件为温度 23 ℃，相对
置为 1.3，其余区域的材料折射率设置为 1.0。研究
湿度 30%；采用 SEM 对鲍鱼壳和 PVA 树脂冷冻干
发现，错层结构与平层结构对模拟结构的影响并不
燥后样品的横截面形貌进行测试，工作电压 200 kV。
大，因此，本模型选用了平层结构。初始层数为 52
层，间隙大小确定为 0.04 μm，所建数学模型见图 3。 2 结果与讨论

2.1 鲍鱼壳的微观结构
通过 SEM 对鲍鱼壳的横截面进行了测试，见图
4。由图 4 可知，鲍鱼壳是由表壳层、棱柱层和珍珠
层组成。其中，珍珠层存在规整的周期性结构，呈
现规则的“叠层砖-泥”结构，主要由文石和蛋白质
构成。经过测量可得，文石层厚度 469 nm，同层间
存在 40 nm 的空隙，蛋白质层厚度 62 nm，层宽度
为 6130 nm。

图 4 鲍鱼壳横截面的 SEM 图
Fig. 4 SEM images of the cross section of abalone shell

2.2 中远红外波段反射光谱分析
为确定鲍鱼壳珍珠层结构在中远红外区域是否

注：区域（1）折射率为 1.0；区域（2）灰色部分折射率为 1.6， 延续较高反射率的特点，对鲍鱼壳珍珠层在波长范
黑色阴影部分折射率为 1.3
围 3~15 μm 的漫反射进行了测试，如图 5 所示。由
图 3 鲍鱼壳模拟结构
Fig. 3 Simulation structure of abalone shell 图 5 可知，相比于其他生物结构，鲍鱼壳珍珠层在
6~8 μm 区域存在较高反射率，可达到 49%，其他区
1.2.5 制备树脂模型 域反射率也维持在 25%~30%之间。
采用 DEVILLE 等 [15-16] 的利用冷冻法制备层状 2.3 模拟结果
无机支架的方法。分别称取质量为 1.0、2.0、3.0、 根据 Comsol5.4 软件对鲍鱼壳本征结构的模拟
4.0、5.5、6.8、8.1、9.5、10.9 g PVA 与 50 mL 去离 结果，绘制其反射率与频率的关系图，见图 6。