进化。[7–15] 有序的中观尺度特征除了满足其他生存相关需求外,还能够实现在恶劣环境条件下选择性和宽带反射太阳辐射和热能管理。[7–15] 从历史上看,它们引起了研究人员的极大兴趣。例如,几个世纪前胡克和牛顿就研究过这种结构。[16,17] 迈克尔逊在完成著名的光速测量多年后,研究了昆虫和鸟类的金属色彩和生动的反射。[18] 现代对自然界中可见光和红外光子反射起源的理解[1] 得益于直接纳米级成像以及光子晶体和超材料的理论建模和实验实现的最新发展。 [19] 虽然反射可见光谱范围内光的结构吸引了最多的研究兴趣,但人们也注意到,自然界中的许多光子结构可以在近红外范围内反射(超过 50% 的太阳辐射能量会转化为热量),通常用于鸟类、甲虫等的热管理。[2,4–6] 某些蚂蚁,例如 Cataglyphis bombycina,不仅利用宽带可见光和近红外反射(其银色外观的原因)在极端温度条件下生存,还通过辐射冷却散热。[20] 虽然最近已经开发出各种光子和超材料设计来稳健地控制选择性或宽带反射率并用于辐射冷却,但大自然不断通过揭示类似的热管理解决方案给我们带来惊喜。 [20–22] 此类解决体温调节问题的生物学方法(其中许多方法尚待发现和理解)对于启发仿生和生物衍生建筑材料的开发具有重要意义,而仿生和生物衍生建筑材料将是本文的重点。现代建筑的热管理技术需求在很大程度上与地球上不同生命形式在过去数亿年中面临的需求相似。在这段时间内,太阳一直是地球上最重要的能源,地球表面的环境温度也是如此(有一些地理和时间变化)。[20,22] 因此,自然界的热管理解决方案可用于开发更高效的建筑材料。各种光子反射器和热
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