Красива черна и синя пеперуда

Някои пеперуди имат най-удивително преливащи се цветове синия цвят на крилата, като пеперудата Морфо Менелай от Южна Америка и мъжките планински пеперуди Papilio Ulysses, живеещи в северната част на Австралия. 1 Как става това поразително син цвят? Отдавна е известно, че синият цвят не е произведен от пигменти, както и някои оптични ефекти.

Учените, изучаващи "природа"

Понякога различни цветове могат да се видят в резултат на намесата, в зависимост от ъгъла. Т.е. под малък ъгъл, разликата на дължината път става по-голям, така че дължините на вълните в голям ъгъл конструктивно пречат. По този начин, конвенционалните решетки дифракционни оформят красиви цветове на дъгата ефекти, но не и чисти цветове. Но крило на пеперуда вдъхновен учени да се създаде такъв модел структури, които изглеждат богати синьо с широк спектър от гледни точки. Mule Гупта, директор на Центъра за приложни науки в Стария университет Dominion във Вирджиния, САЩ, каза:

"Започнахме разглеждане крила на пеперуда, използвайки електронна микроскопия и научих колко сложна структура и сложни за производство. Така стигнахме до нов подход, използвайки microgratings с произволна ориентация, като начин да получите повече цвят с широк зрителен ъгъл. " 3

Следователно, учени са разработени структура на пчелна пита, съставен от малки шестоъгълници всяка с оребрена дифракционни решетки с различни посоки (вж. Фиг. 5, по-долу). Те са използвали литография техника, наречена електронно-лъчева (EBL). Резултатът е структура, която изглежда синьо ако разгледана под ъгъл 16-90 °. 4

В бъдеще, тези методи могат да бъдат използвани в устройства с екрани, както и за подмяна на цвета на повърхностния слой, като по този начин производството на по-добри цветове. В допълнение, тя ще помогне да се избегнат проблемите, свързани с химически отпадъци при производството на пигменти и багрила. 5

Сините папагалчетата

Светлият син цвят на някои Budgie пера също е следствие от намесата. Но в този случай, причинен от порести структурата на кератина - протеин, който пера (както и нашата кожата и ноктите). 6 смайващи цветове на опашката на паун също са резултат от интерференция. 7

Фигура 3. Конструктивен смущения. Когато две вълни са във фаза с един спрямо друг, т.е. върхове на вълните съвпадат с върховете на друга вълна, а най-ниските точки съвпадат с коритата на друга вълна, неговата интензивност се увеличава с всеки друг. Резултатът е вълна с по-голяма амплитуда, показано по-долу.

Фигура 4. деструктивна интерференция. Когато две вълни не са напълно във фаза, т.е. върхове на вълните съвпадат с по-малката от нейните точки, те отслабват помежду си. Резултатът е най-долния ред, без вълни.

черна от черен

Черно пигменти се появяват черни, защото те поглъщат всички честоти на видима светлина. Все пак, това не е така, защото някои от светлината се отразява. Най-известният пример - на Луната. От Земята изглежда сребристо-бял, но неговата повърхност се състои основно от черен базалт рок.

Добре известен експеримент може да демонстрира липсата на черна боя. Вземете една затворена картонена кутия под обувката и я рисувам в най-тъмната черно. След това изрежете в него малка дупка размер на 1-2 мм. Тази дупка ще изглежда много по-черна от най-тъмната боя. Докато боята разпръсква някои от светлината, светлината, която влиза в дупка, почти не си отива. В действителност, това е защо зеницата на окото, като черно - той признава, светлината, която не се измъкнем.

Съвсем наскоро, д-р Vukusic показа, че черен контур пеперуда Papilio Одисей е и в резултат на оптичен дизайн, събиране на светлина. 8 Този конкретен черно оцветяване почти два пъти по-черно от тази, която може да бъде постигната с помощта на един пигмент, и получената бледосин цвят подчертано още повече в фон. Люспи покрити с малки вдлъбнатини, ширина около един микрон, които образуват структурата на пчелна пита като пчелна пита. 9 Тези люспи имат висок коефициент на пречупване, така че те споделят обща вътрешно отражение. Т.е. светлината влиза в материала, но след като тя стане до другата част на повърхността, вместо предаване на това е отразено в материала. (Така работната оптично влакно, включително естествени влакна цвете кошница гъба Венера. 10) Тъй като светлината не може практически да бъде отразена от крилата на очите, пеперуда крила показват много черни.

Ефектът на пречупване

Д-р Vukusic успя да се разбере наваксване лек дизайн крило Papilio Одисей, защото той искаше да види какво ще се случи, ако по някакъв начин ефекта на пречупване. Но как този ефект може да бъде отстранен?

Пречупване на светлина (т.е., променя посоката си) и отражението му може да се появи на повърхностите между веществата, където скоростта на светлината във всяка друга субстанция, т.е. светлината преминава през водата е по-бавно, отколкото във въздуха, така че индексът на пречупване вода е много по-висока. 11 Ето защо, когато се потопи във вода направо стик, на повърхността изглежда, че се "изкривява". Ако различни материали имат един и същ индекс на пречупване, светлината се държи така, сякаш не се променя между материалите, така че малко отражение или пречупване.

Това може да се илюстрира с матирано стъкло. Повърхността на земята стъклото е специално направен груб, така че светлината е разпръсната във всички посоки на границата между стъклото и въздуха, в резултат на ясно изображение не може да бъде. Въпреки това, изображението може да се види, ако това дисперсия може да бъде прекратено. Един метод - постави на матирано стъкло вискозна течност, която има приблизително същия показател на пречупването като този на стъкло, и след това гладко покритие стъкло. В този случай, когато пречупването или отражението от повърхността на матирано стъкло е почти не се случи през нея можете да видите ясно изображение. Д-р Vukusic прилага същия принцип да пеперуди. Той зарежда крила в тетрахлорметан (CHBr3), която има приблизително същия показател на пречупването като тъканта на крилото. В резултат на крилата може да поеме само около 50% от светлината, докато във въздуха, те поглъщат повече от 90% от светлината.

Още биомиметиката

Инженер-химик Ричард Браун на Националната физическа лаборатория в Тедингтън, близо до Лондон, който се използва този принцип да се създаде покритие, наречено «Super Black». Това покритие се състои от сплав ямки никел-фосфор, който също използва пречупване на светлината. Това покритие поглъща 99,7% от светлината.

Това е още един пример за това как дизайнът в природата вдъхнови инженери. Д-р Vukusic казва: "Биомиметиката набира популярност. Ние трябва да следваме примера на природата "при всички обстоятелства. В действителност, това означава, че ние трябва да копирате гения на Твореца. която той е вложил в природата.