什么是結(jié)構(gòu)色？

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大家好，我們今天的話題是「什么是結(jié)構(gòu)色？」。

除了自發(fā)光的顏色，生活中的顏色主要包括色素顏色（比如花的顏色），以及結(jié)構(gòu)色（比如孔雀羽毛的顏色）。

我們先來(lái)看看色素的顏色。大家知道我們通?？吹降陌坠馄鋵?shí)是由很多顏色組成的，下圖中展示的是牛頓用棱鏡將太陽(yáng)光分解為多種顏色光的實(shí)驗(yàn)。

剛才說(shuō)過(guò)，大部分花朵的顏色都是由色素造成的。當(dāng)白光照射到一朵黃花上時(shí)，除了黃光，其他顏色的光都被花吸收，只有黃光反射到我們眼睛里面，因此我們看到花是黃色的。而且不論你從哪個(gè)角度觀察這朵黃花，它的顏色都不會(huì)改變，這是色素顏色的特點(diǎn)。

對(duì)于結(jié)構(gòu)色，生活中最常見(jiàn)的例子可能是光盤(pán)：從不同角度看一張光盤(pán)，我們能看到不同的顏色。這種隨觀察角度改變而變化的顏色叫虹彩色。

把光盤(pán)放到顯微鏡下，我們可以看到光盤(pán)表面規(guī)則排列的微小結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)也就是光盤(pán)上記錄的數(shù)據(jù)。正是因?yàn)檫@些微小結(jié)構(gòu)，造成了光盤(pán)的結(jié)構(gòu)色。

但并不是所有結(jié)構(gòu)色都是虹彩色。比如東藍(lán)鴝藍(lán)色羽毛的顏色也來(lái)自結(jié)構(gòu)色，但不會(huì)隨觀察角度改變而改變。這種藍(lán)色是由無(wú)規(guī)則的微觀結(jié)構(gòu)使光發(fā)生散射造成的。

下面我們更深入地了解一下大自然的結(jié)構(gòu)色。第一種結(jié)構(gòu)色產(chǎn)生的機(jī)理是光的單層薄膜干涉，這里要求薄膜的厚度非常薄。生活中經(jīng)?？吹降睦邮怯湍ぴ谒娴念伾?。不同顏色的光在不同入射角度、不同的油膜厚度發(fā)生干涉，就造成了油膜的豐富色彩。

很多昆蟲(chóng)的翅膀也很薄，可以發(fā)生薄膜干涉，比如圖中的兩種昆蟲(chóng)。下次如果你再見(jiàn)到一些長(zhǎng)翅膀的小昆蟲(chóng)，留意一下它們的翅膀是否有漂亮的虹彩色。

有一種蝴蝶叫青鳳蝶，翅膀上有漂亮的綠斑，而綠斑上有透明的鱗片。這些鱗片也會(huì)起到薄膜干涉的作用，讓綠斑的顏色更鮮艷。用顯微鏡觀察紅框的區(qū)域，透明鱗片產(chǎn)生的綠色光澤更加明顯。

另一種結(jié)構(gòu)色的產(chǎn)生機(jī)理是光在多層薄膜中發(fā)生干涉，多層薄膜是由兩種折射率不同的物質(zhì)交替疊加而成。

對(duì)于大部分有金屬光澤的甲殼蟲(chóng)，它們的外殼中包含多層薄膜結(jié)構(gòu)。用電子顯微鏡觀察吉丁蟲(chóng)外殼的截面，就可以看到微觀的多層結(jié)構(gòu)。

另外霓虹脂鯉身上的閃亮藍(lán)帶也是因?yàn)榧?xì)胞中的多層結(jié)構(gòu)，下圖右下方是逐級(jí)放大的示意圖，最右面一張示意圖展示了細(xì)胞中的多層結(jié)構(gòu)。

還有一種結(jié)構(gòu)色是由光子晶體造成的，所謂光子晶體就是由兩種折射率不同的物質(zhì)周期性排布形成的微觀結(jié)構(gòu)。

孔雀羽毛的結(jié)構(gòu)色來(lái)自羽毛內(nèi)部的光子晶體結(jié)構(gòu)，右邊大家看到的是孔雀羽毛羽小枝橫截面的電子顯微鏡圖片，可以看到周期結(jié)構(gòu)，也就是光子晶體。

另外黑嘴喜鵲的尾部羽毛也有虹彩色，也是由光子晶體造成的，觀察右邊羽小枝橫截面的電子顯微圖片，可以看到羽毛中周期排布的柱狀氣孔。

很多生物可以變色也和結(jié)構(gòu)色有關(guān)。比如豹變色龍?jiān)诜潘蔂顟B(tài)時(shí)身體上的綠色會(huì)在受激狀態(tài)下變成黃色。而導(dǎo)致這種變化的原因是皮膚中的光子晶體從比較緊密的排列變?yōu)楸容^松散的排列。

來(lái)源：美麗科學(xué)BOS