生物體中結(jié)構(gòu)色

生物體中的結(jié)構(gòu)色蔣雯1120102282繽紛的大自然什么是顏色？顏色是指入射到眼睛中的光線引起視網(wǎng)膜上感光細(xì)胞的膜中化學(xué)變化，產(chǎn)生電信號，這個信號經(jīng)過視神經(jīng)傳輸?shù)酱竽X的視覺中心，給大腦翻譯產(chǎn)生的結(jié)果。對于人類來說，可見輻射波長在380nm到780nm之間。結(jié)構(gòu)色是怎樣產(chǎn)生的呢？結(jié)構(gòu)色產(chǎn)生機理薄膜結(jié)構(gòu)光子晶體光柵結(jié)構(gòu)非晶結(jié)構(gòu)薄膜結(jié)構(gòu)自然界絕大多數(shù)的結(jié)構(gòu)色都來源于薄膜干涉。薄膜干涉包括單層膜干涉和多層膜干涉。由單層膜干涉產(chǎn)生顏色的典型例子是肥皂泡擁有的虹彩色。肥皂泡的表面是一層液體膜，光線入射到肥皂泡上將會在兩個界面分別發(fā)生反射，不同表面反射的光線將會發(fā)生干涉。生物體中多層膜結(jié)構(gòu)基本上有三種形式：（1）多層層堆結(jié)構(gòu)，每個層堆由均勻?qū)咏M成，每個層堆對某一特定波長進(jìn)行調(diào)制；（2）“啁啾層堆”，即高低折射率膜層的厚度沿薄膜垂直方向系統(tǒng)地減薄或者增加；（3）“混沌層堆”，其高低折射率膜層的厚度是隨機變化的。A：多層層堆結(jié)構(gòu)B：啁啾層堆C：混沌層堆光柵結(jié)構(gòu)衍射是指光在傳播過程中繞過障礙物邊緣而偏離直線傳播的現(xiàn)象，衍射和干涉的原理都是波場的線性疊加。生物體中源于衍射的顏色大都起源于衍射光柵的作用，衍射光柵就是在垂直于光的傳播方向上的周期性的結(jié)構(gòu)。一般說來，要產(chǎn)生衍射作用，衍射光柵的光柵常數(shù)是幾百納米。光子晶體光子晶體概念：光子晶體是一種介電常數(shù)周期性變化排布的材料。由于它可以控制光子的傳播，并且是由某一個基本單元按一定周期規(guī)律排列組成的有序結(jié)構(gòu)，所以被稱為光子晶體。根據(jù)光子晶體的空間取向不同，光子晶體可以分為一維、二維和三維光子晶體。光子晶體基本單元是納米尺度的。一維、二維和三維光子晶體光子晶體具有光子禁帶，落在禁帶中的光是被禁止傳播的，當(dāng)原子被放在一個光子晶體里面，而它自發(fā)輻射的光頻率正好落在光子禁帶中時，則自發(fā)輻射也就被抑制。光子晶體還有光子局域的特征。一旦光子晶體的禁帶中央出現(xiàn)缺陷態(tài)，在垂直于線缺陷的平面上，光被局域在線缺陷位置，只能沿線缺陷方向傳播。而點缺陷可以將光“俘獲”在某一個特定的位置，光就無法從任何一個方向向外傳播。非晶結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)鳥羽毛中的海綿狀結(jié)構(gòu)，是具有納米尺度的短程周期性的準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)。另外自然界中無序的微觀結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致光的散射，進(jìn)而也會產(chǎn)生人眼觀察到的顏色。蝶翅微結(jié)構(gòu)分析蝶翅鱗片以MorphoDidius蝴蝶為例放大宏觀上這種蝴蝶翅膀呈現(xiàn)閃亮的藍(lán)色顯微鏡下，鱗片呈覆瓦狀朝向一致排列，尺寸約為75×150μm。所有翅面的基底之上生長的鱗片分為表層鱗片和底層鱗片。放大鱗片表面隱約可以見到有模糊的條紋進(jìn)一步放大是平行分布的一條條類似山脈的脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，這些脊相互平行并且相鄰之間間距幾乎固定，脊的高度遠(yuǎn)大于相鄰脊的間距，使這些近似周期性的排列形成了一個衍射光柵結(jié)構(gòu)。放大將其中的一層脊脈結(jié)構(gòu)進(jìn)一步放大，單個脊脈的截面像一棵小松樹，這種結(jié)構(gòu)在納米尺度。樹狀脊由片狀薄層疊加而成，片狀薄層中間有脊肋支撐，組成的復(fù)雜衍射光柵狀結(jié)構(gòu)。鱗翅脊脈和樹狀脊分別形成復(fù)雜的衍射光柵狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生強烈衍射效應(yīng)，使得蝴蝶鱗翅顯現(xiàn)出亮眼結(jié)構(gòu)色。結(jié)論由以上內(nèi)容可知，生物體中的結(jié)構(gòu)色，是由生物體上特殊的微米級、納米級結(jié)構(gòu)使得入射光線產(chǎn)生干涉、衍射和反射等復(fù)雜效應(yīng)而產(chǎn)生的。我的設(shè)想一、解決噪音污染目前消聲材料有多孔性吸聲材料和共振吸聲結(jié)構(gòu)兩大類。消聲機理使得因為摩擦生熱，會使材料老化，另外也并不能完全消除聲波。聲波和光波一樣，都具有波的形式！因此可以根據(jù)結(jié)構(gòu)色的機理，制作有特殊納米結(jié)構(gòu)的表面，使得聲波在這些表面能產(chǎn)生干涉、衍射等特殊的效應(yīng)，聲波在這種表面經(jīng)過多次作用而產(chǎn)生極大損耗，達(dá)到消聲降噪的目的。設(shè)想：一、用于吸收紫外線目前的防曬霜是通過無機或有機活性成分起防曬作用的。這些有機或者無機添加物，在起到防曬的同時，有的對皮膚有毒性，仍然會造成傷害。設(shè)想：能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色的微結(jié)構(gòu)能對光進(jìn)行多種反應(yīng)，可以將部分色波損耗吸收。可以設(shè)計一種存在特殊結(jié)構(gòu)的微粒，它類似于結(jié)構(gòu)色原理，對有特定波長