英国学者利用仿生学制造出超自然“黑”
http://www.100md.com
2004年2月10日
国际先驱导报消息：山兰凤蝶是澳大利亚一种常见蝶，其雄性种翅膀颜色为异常亮丽的兰色，但周边镶嵌有黑色；其黑色部分越黑，其兰色部分就越艳丽，在求偶竞争中也就越有优势。专家们以前认为，这是由于其中的黑色素吸收了大部分入射光所致，但现在科学家发现，这种蝴蝶不只是通过化学方式，更是通过物理方式即一种特别的光学手段来使其黑色部分显得更黑，其包含黑色素的微细鳞片结构能够“捕捉”住光，由此创造出一种比黑色还要黑色的“超黑”。
许多动物的艳丽色彩或伪装效果都不是仅用色素就能获得的，还需要利用物理方法。例如，雄性孔雀的尾羽翠绿绚丽，这是因为其中发生了“建设性光学干涉效应”所致，它们的羽毛中具有独特结构的微小蛋白质能够以特别的方式对光进行反射，不需要的波长都被消除掉了。
受此启发，英国埃克塞特大学的生物学家皮特·武库希奇及其同事对山兰凤蝶进行了研究，目的是探查其机体结构能否把彩色消除掉而制造出深黑色，这与孔雀制造出绚丽色彩是同样的机理，但导致的结果正相反。
研究者发现，山兰凤蝶翅膀中的微细鳞片结构排列成许多直径不超过1微米的小凹坑，犹如蜂巢。这种结构能够最大限度地利用不同介质光折射率的不同而捕捉光。
光通过两种不同折射率的介质时，会发生折射和虚化现象，其中一些光会被捕获在密度较大的介质中。水对空气的光折射率之比为1.3:1，而山兰凤蝶翅膀机体组织对空气的光折射率之比为1.6:1，这就使其中的色素能最大限度地吸收光。
研究者对这一推断做了一次测试。他们把山兰凤蝶的翅膀浸到三溴甲烷溶液中，该种溶液的光折射率与山兰凤蝶翅膀机体组织的光折射率大致相同，结果其翅膀中的黑色部分果真不那么黑了：在空气中，其吸收光的比率超过了90%，但在三溴甲烷溶液中，这一数字只有50%多一点。
英国国家物理实验室的化学工程师理查德·布朗在2002年曾用一种凹状镍磷合金膜衣料制造出与山兰凤蝶相似的“超黑”。他认为，“超黑”将成为今后的流行色。其最大的用途将是在光学设备上；同时，那些对黑色颜料不满意的艺术家们也会对此感兴趣。
布朗研制的镍磷合金膜吸收光的比率达到99.7%，比山兰凤蝶吸收光的效率要高很多。但是武库希奇指出，山兰凤蝶远在人类之前就已能制造出“超黑”，这表明动物在启发工程设计方面的巨大价值。他说：“不论做什么，我们都能从自然中获得启示。”(亚乔)
稿件来源：国际先驱导报, http://www.100md.com
许多动物的艳丽色彩或伪装效果都不是仅用色素就能获得的，还需要利用物理方法。例如，雄性孔雀的尾羽翠绿绚丽，这是因为其中发生了“建设性光学干涉效应”所致，它们的羽毛中具有独特结构的微小蛋白质能够以特别的方式对光进行反射，不需要的波长都被消除掉了。
受此启发，英国埃克塞特大学的生物学家皮特·武库希奇及其同事对山兰凤蝶进行了研究，目的是探查其机体结构能否把彩色消除掉而制造出深黑色，这与孔雀制造出绚丽色彩是同样的机理，但导致的结果正相反。
研究者发现，山兰凤蝶翅膀中的微细鳞片结构排列成许多直径不超过1微米的小凹坑，犹如蜂巢。这种结构能够最大限度地利用不同介质光折射率的不同而捕捉光。
光通过两种不同折射率的介质时，会发生折射和虚化现象，其中一些光会被捕获在密度较大的介质中。水对空气的光折射率之比为1.3:1，而山兰凤蝶翅膀机体组织对空气的光折射率之比为1.6:1，这就使其中的色素能最大限度地吸收光。
研究者对这一推断做了一次测试。他们把山兰凤蝶的翅膀浸到三溴甲烷溶液中，该种溶液的光折射率与山兰凤蝶翅膀机体组织的光折射率大致相同，结果其翅膀中的黑色部分果真不那么黑了：在空气中，其吸收光的比率超过了90%，但在三溴甲烷溶液中，这一数字只有50%多一点。
英国国家物理实验室的化学工程师理查德·布朗在2002年曾用一种凹状镍磷合金膜衣料制造出与山兰凤蝶相似的“超黑”。他认为，“超黑”将成为今后的流行色。其最大的用途将是在光学设备上；同时，那些对黑色颜料不满意的艺术家们也会对此感兴趣。
布朗研制的镍磷合金膜吸收光的比率达到99.7%，比山兰凤蝶吸收光的效率要高很多。但是武库希奇指出，山兰凤蝶远在人类之前就已能制造出“超黑”，这表明动物在启发工程设计方面的巨大价值。他说：“不论做什么，我们都能从自然中获得启示。”(亚乔)
稿件来源：国际先驱导报, http://www.100md.com