結構生色——無需染色的著色方法!

2020-11-25 紡織導報

結構生色——無需染色的著色方法！

發表時間：2015/7/9

《PNAS》雜誌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構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——翅膀上的納米結構是蝴蝶的「色彩工廠」。

結構生色原理

結構色是由於物體本身結構的存在對光產生了反射、衍射、幹涉等物理作用產生的顏色。結構色是一種無須用染料、顏料著色就能產生的顏色。結構生色的主要原理如下。

薄膜幹涉  

單層膜幹涉、多層膜幹涉是薄膜幹涉產生結構色的主要形式。這些現象的產生原因是由於薄膜上下表面的具有一定光程差的反射光在上表面發生了幹涉。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構的統稱。光子晶體結構色是這種規整的微結構對可見光選擇性作用的結果，是自然界結構色的重要組成部分。在非生物領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生結構色現象。在自然現象中，藍天是光散射產生結構色最為突出的代表。太陽光在進入大氣層時，波長較短的藍、青、紫等顏色的光由於受到空氣中微細的塵埃作用發生了散射。而彩虹現象則由於光在微細液滴的作用下發生了色散作用。

結構生色研究現狀

日本帝人等三家公司合作開發的Morphotex纖維是其中典型的代表，該纖維利用了Mropho蝴蝶產生結構色的多層薄膜幹涉原理(故又稱為「蝴蝶纖維」)。迄今己生產出了紅、藍、綠、紫等顏色。

有學者模仿生長於南美洲亞馬遜流域的閃峽蝶翅膀上的鱗片結構製成了多重螺旋纖維。該纖維結構生色的是利用了光線照射在蝴蝶翅膀鱗片結構上時，大部分入射光進入狹縫，在內部不斷地反射、折射、幹涉，從而產生鮮明的深色亮澤。

蘇州大學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)吸附在碳纖維表面製備得到了結構生色纖維。目前，己製備出了呈紅、綠、藍三種顏色的纖維。

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

近日，阿克倫大學生物學副教授Matthew Shawkey博士和他的團隊尋求生產可模擬在羽毛中發現的黑色素小包的合成粒子。當這些合成的黑色素小包被堆成層時，通過光同小規模下具有模型的材料間的相互作用，結構色就會出現。他們將最新研究成果發表於ACS Nano上。

 

結構生色未來發展

結構色有許多潛在功能，人們可以想像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生產和應用的環境汙染，徹底解決了著色過程中的汙水排放問題，還可以大量節省水電消耗，是當前紡織節能減排工作中冉冉升起的「明日之星」。

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