計算模型解釋了為什麼藍色和綠色在自然界中是最亮的顏色

2020-09-15 石墨烯資訊



研究人員已經證明了為什麼自然界中強烈的純紅色主要是由色素產生的，而不是由產生明亮藍色和綠色的結構色產生的。

劍橋大學的研究人員通過數值實驗確定了馬特結構色的極限，發現它只延伸到可見光譜中的藍色和綠色。馬特結構色是自然界中一些最強烈的顏色的成因。發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上的研究結果，可能有助於開發無毒塗料或永不褪色的濃烈顏色塗料。

結構的顏色，見於一些鳥類的羽毛，蝴蝶的翅膀或昆蟲，不是由色素或染料引起的，而是內部的結構。顏色的外觀，無論是啞的還是虹彩的，將取決於結構如何安排在納米尺度。

有序的或結晶的結構會產生彩虹色，當從不同角度觀察時，顏色會發生變化。無序或相關的結構會產生角度無關的啞光顏色，從任何角度看都是一樣的。由於結構顏色不會褪色，這些角度無關的啞光顏色將非常有用的應用，如油漆或塗料，其中金屬效果是不需要的。

該研究的第一作者、劍橋大學化學系的吉阿尼·雅各布說:「除了強度和耐褪色性，採用結構色的啞光塗料也更加環保，因為不需要有毒的染料和顏料。」「然而，在任何商業應用成為可能之前，我們首先需要了解重塑這種顏色的限制是什麼。」

合著者Lukas Schertel說:「自然界中大多數結構色的例子都是彩虹色的，到目前為止，自然發生的馬特結構色只存在於藍色或綠色中。」「當我們試圖人為地為紅色或橙色重現啞光結構色時，無論是飽和度還是色彩純度，結果都很糟糕。」

西爾維亞維格諾裡尼(Silvia Vignolini)博士的實驗室裡的研究人員使用數值模型確定了創建飽和、純和啞光結構紅色的局限性。

研究人員模擬了在自然界中發現的納米結構的光學響應和顏色外觀。他們發現，飽和的、無光澤的結構顏色不能在可見光譜的紅色區域重現，這可能解釋了自然系統中缺乏這些色調的原因。

由於單散射和多重散射之間複雜的相互作用，以及來自相關散射的貢獻，我們發現除了紅色，黃色和橙色也很難被達到。

儘管結構顏色有明顯的局限性，研究人員說這些可以通過使用其他種類的納米結構來克服，比如網絡結構或多層層次結構，儘管這些系統還沒有完全被了解。

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