《PNAS》雜志刊登了一項研究成果—《孔雀羽毛的色彩策略》。此項研究表明，小羽枝表皮下面的周期結(jié)構(gòu)是羽毛具有顏色的原因。與此同時，一些專家在研究蝴蝶翅膀時，也揭示了這個秘密——翅膀上的納米結(jié)構(gòu)是蝴蝶的“色彩工廠”。

結(jié)構(gòu)生色原理

結(jié)構(gòu)色是由于物體本身結(jié)構(gòu)的存在對光產(chǎn)生了反射、衍射、干涉等物理作用產(chǎn)生的顏色。結(jié)構(gòu)色是一種無須用染料、顏料著色就能產(chǎn)生的顏色。結(jié)構(gòu)生色的主要原理如下。

薄膜干涉  

單層膜干涉、多層膜干涉是薄膜干涉產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色的主要形式。這些現(xiàn)象的產(chǎn)生原因是由于薄膜上下表面的具有一定光程差的反射光在上表面發(fā)生了干涉。藍閃蝶、碧鳳蝶、日本寶石甲蟲等都是其中較為典型的代表。

光子晶體

光子晶體是一類具有光子禁帶特性的微結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱。光子晶體結(jié)構(gòu)色是這種規(guī)整的微結(jié)構(gòu)對可見光選擇性作用的結(jié)果，是自然界結(jié)構(gòu)色的重要組成部分。在非生物領(lǐng)域中蛋白石顯色是其最典型的代表。

其他

光的散射、色散、光柵衍射等原因也會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色現(xiàn)象。在自然現(xiàn)象中，藍天是光散射產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色最為突出的代表。太陽光在進入大氣層時，波長較短的藍、青、紫等顏色的光由于受到空氣中微細的塵埃作用發(fā)生了散射。而彩虹現(xiàn)象則由于光在微細液滴的作用下發(fā)生了色散作用。

結(jié)構(gòu)生色研究現(xiàn)狀

日本帝人等三家公司合作開發(fā)的Morphotex纖維是其中典型的代表，該纖維利用了Mropho蝴蝶產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色的多層薄膜干涉原理(故又稱為“蝴蝶纖維”)。迄今己生產(chǎn)出了紅、藍、綠、紫等顏色。

有學(xué)者模仿生長于南美洲亞馬遜流域的閃峽蝶翅膀上的鱗片結(jié)構(gòu)制成了多重螺旋纖維。該纖維結(jié)構(gòu)生色的是利用了光線照射在蝴蝶翅膀鱗片結(jié)構(gòu)上時，大部分入射光進入狹縫，在內(nèi)部不斷地反射、折射、干涉，從而產(chǎn)生鮮明的深色亮澤。

蘇州大學(xué)某課題組利用電泳沉積法使帶負電性的三種聚苯乙烯微球(粒徑為185-290nm)吸附在碳纖維表面制備得到了結(jié)構(gòu)生色纖維。目前，己制備出了呈紅、綠、藍三種顏色的纖維。

英國劍橋大學(xué)CHRIS FINLAYSON等人通過擠壓成型的方式得到了光子晶體結(jié)構(gòu)色纖維。他們所用的原料為PS/PEA核殼結(jié)構(gòu)亞微米級微球。

近日，阿克倫大學(xué)生物學(xué)副教授Matthew Shawkey博士和他的團隊尋求生產(chǎn)可模擬在羽毛中發(fā)現(xiàn)的黑色素小包的合成粒子。當(dāng)這些合成的黑色素小包被堆成層時，通過光同小規(guī)模下具有模型的材料間的相互作用，結(jié)構(gòu)色就會出現(xiàn)。他們將最新研究成果發(fā)表于ACS Nano上。

結(jié)構(gòu)生色未來發(fā)展

結(jié)構(gòu)色有許多潛在功能，人們可以想象一下無需使用任何染料，僅利用如傳感器、光線保護器，甚至僅僅使用某一種方法就能創(chuàng)造出一系列顏色。

與染料或色素相比，它最大的特點是避免了印染行業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用的環(huán)境污染，徹底解決了著色過程中的污水排放問題，還可以大量節(jié)省水電消耗，是當(dāng)前紡織節(jié)能減排工作中冉冉升起的“明日之星”。