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结构生色——无需染色的着色方法!

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2018-01-03 09:16【

《PNAS》杂志刊登了一项研究成果—《孔雀羽毛的色彩策略》。此项研究表明,小羽枝表皮下面的周期结构是羽毛具有颜色的原因。与此同时,一些专家在研究蝴蝶翅膀时,也揭示了这个秘密——翅膀上的纳米结构是蝴蝶的“色彩工厂”。

结构生色原理

结构色是由于物体本身结构的存在对光产生了反射、衍射、干涉等物理作用产生的颜色。结构色是一种无须用染料、颜料着色就能产生的颜色。结构生色的主要原理如下。

薄膜干涉  

单层膜干涉、多层膜干涉是薄膜干涉产生结构色的主要形式。这些现象的产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发生了干涉。蓝闪蝶、碧凤蝶、日本宝石甲虫等都是其中较为典型的代表。

光子晶体

光子晶体是一类具有光子禁带特性的微结构的统称。光子晶体结构色是这种规整的微结构对可见光选择性作用的结果,是自然界结构色的重要组成部分。在非生物领域中蛋白石显色是其最典型的代表。

其他

光的散射、色散、光栅衍射等原因也会产生结构色现象。在自然现象中,蓝天是光散射产生结构色最为突出的代表。太阳光在进入大气层时,波长较短的蓝、青、紫等颜色的光由于受到空气中微细的尘埃作用发生了散射。而彩虹现象则由于光在微细液滴的作用下发生了色散作用。

结构生色研究现状

日本帝人等三家公司合作开发的Morphotex纤维是其中典型的代表,该纤维利用了Mropho蝴蝶产生结构色的多层薄膜干涉原理(故又称为“蝴蝶纤维”)。迄今己生产出了红、蓝、绿、紫等颜色。

有学者模仿生长于南美洲亚马逊流域的闪峡蝶翅膀上的鳞片结构制成了多重螺旋纤维。该纤维结构生色的是利用了光线照射在蝴蝶翅膀鳞片结构上时,大部分入射光进入狭缝,在内部不断地反射、折射、干涉,从而产生鲜明的深色亮泽。

苏州大学某课题组利用电泳沉积法使带负电性的三种聚苯乙烯微球(粒径为185-290nm)吸附在碳纤维表面制备得到了结构生色纤维。目前,己制备出了呈红、绿、蓝三种颜色的纤维。

英国剑桥大学CHRIS FINLAYSON等人通过挤压成型的方式得到了光子晶体结构色纤维。他们所用的原料为PS/PEA核壳结构亚微米级微球。

近日,阿克伦大学生物学副教授Matthew Shawkey博士和他的团队寻求生产可模拟在羽毛中发现的黑色素小包的合成粒子。当这些合成的黑色素小包被堆成层时,通过光同小规模下具有模型的材料间的相互作用,结构色就会出现。他们将最新研究成果发表于ACS Nano上。

 

结构生色未来发展

结构色有许多潜在功能,人们可以想象一下无需使用任何染料,仅利用如传感器、光线保护器,甚至仅仅使用某一种方法就能创造出一系列颜色。

与染料或色素相比,它最大的特点是避免了印染行业生产和应用的环境污染,彻底解决了着色过程中的污水排放问题,还可以大量节省水电消耗,是当前纺织节能减排工作中冉冉升起的“明日之星”。


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