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为什么孔雀羽毛如此绚丽多彩?

2021-07-25 10:49:34 948 字数:928字 孔雀

  孔雀或许是世界上最色彩斑斓和美丽的鸟类。雄性孔雀拖着长长的尾羽,根根羽毛尾部缀着由蓝、绿、黄、棕等颜色的羽小支组成的“眼圈”,开屏时反射出鲜艳夺目的光泽。孔雀羽毛绚丽色彩的来源曾引起了胡克、牛顿、迈克耳孙等科学巨匠的极大兴趣。

  自然界的色彩主要通过两种途径产生:一种是色素色,另一种是结构色。色素色是最普遍和常见的颜色,来源于色素有选择地吸收某些颜色的光,而反射或散射其他色彩的光。而结构色的起源与色素色完全不同,是由自然光与光学结构的相互作用而产生的干涉、衍射或散射效应造成的,它的特性是虹彩效应,即随着观察角度变化其色彩也会相应改变。孔雀羽毛的色彩就是一个典型的例子。

  用电子显微镜观察孔雀羽毛不同色彩羽小支的微观结构,就会发现羽小支的皮层是有序的光学结构,由角蛋白基底镶嵌周期排列的黑色素小柱子阵列构成,中间还有空气小孔阵列。

  不同颜色羽小支中的光学结构很相似,主要的差异是黑色素小柱子之间的间距不同。蓝色、绿色、黄色和棕色羽小支中黑色素小柱的间距分别约为140、150、160和185纳米;就是这小小的差异导致了不同的颜色。这种光学结构(又称为“光子晶体”)会产生干涉和散射的联合效应,形成多种色彩。如呈现绿色的羽小支中是因为它对绿光有很强的反射作用,其余颜色光都可以透过。

  孔雀羽毛还具有虹彩效应,如果我们斜着观察,会发现色彩发生蓝移现象,如绿色羽毛变成了蓝色,黄色羽毛变成了绿色。这种虹彩效应是由于光学结构对光的选择性反射的色彩随着观察角度变化相应发生了蓝移。

  孔雀羽毛调控色彩的策略非常精妙,即利用羽小支皮层的光学结构,稍微变化其结构参数就可获得不同色彩的结构色。结构色具有色素色没有的美妙特性,如虹彩色泽、高亮度和色彩饱和度,改变结构就可改变颜色以及永不褪色等。因此,结构色在生物仿生制备新型环境友好颜料、显示等领域有重要的应用前景,也为科学家研制新型的光子结构材料和器件提供了灵感。

  【知识点】光子晶体

  光子晶体是指由不同折射率的介质周期性排列而成的微结构,该周期性结构能够调制电磁波(光也是一种电磁波),从而有选择地使某个波段的电磁波通过,并阻止其余波段的电磁波通过其中。孔雀羽毛中的羽小支就是自然界中的一种光子晶体。

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