(亞歷克斯戴維斯/杜克大學)
蝴蝶將黑色提升到了一個全新的水平。 這種昆蟲黑色翅膀上的鱗片幾乎與人類製造的最黑的黑色塗層相當,只不過它們的厚度只有五分之一。
這些天然奈米結構的寬度僅為幾微米,可吸收 99.94% 的光線,只允許反射極少量的光線。
從長遠來看,Vantablack 曾經是科學界已知的最黑暗的材料,吸收 99.96% 的光。 這種超越其黑色的材料具有垂直排列的碳奈米管(CNT),可以吸收超過 99.995% 的能量。
然而,即使對於大自然來說,超黑蝴蝶也是超黑的。 杜克大學的研究人員對來自世界各地的 10 個物種(超黑、普通黑色或深棕色)進行了檢查,發現這些生物的顏色比木炭、新鮮瀝青和天鵝絨的顏色深 10 至 100 倍。
這是迄今為止研究的最廣泛的黑蝴蝶樣本,其中的物種來自中美洲、南美洲以及亞洲。
“怎麼這麼黑?”奇蹟生物學家亞歷克斯戴維斯。 “我們認為這可能是向配偶或捕食者發出的某種信號。但還有很多其他可能性,我們希望能夠澄清這一點。”
在電子顯微鏡下,蝴蝶翅膀上的鱗片看起來有點海綿狀或網狀,有由柱狀組織束支撐的脊和孔(見上圖)。
以前都是坑在這些支柱之間人們認為這些會影響黑色程度,但生物學家 Sönke Johnsen 現在認為這些中空空間的形狀和大小“沒關係“ 盡可能多。
研究的超黑蝴蝶呈現出各種各樣的孔洞,形狀如蜂窩狀、矩形和人字形圖案。 但他們還有一些共同點。
(德克休曼K1966/巴納德杜邦)
與普通的黑色鱗片相比,超黑色鱗片的表面呈現陡峭的脊線,而下方則呈現出更深、更粗的柱狀物。
透過電腦模擬運行這兩個特徵,研究人員發現,缺乏脊狀表面或內部支柱的鱗片反射的光線最多可達 16 倍。 這本質上就像從超黑變成深棕色。
除了白色邊框或附近明亮斑塊的額外對比之外,蝴蝶翅膀上的深色顏色顯得更暗。
「鑑於這些結構變化增加了吸收表面積,」作者寫,“我們得出的結論是,蝴蝶的運作原理與合成超黑材料相同——高表面粗糙度和大面積吸收。”
但由於這些鱗片比堆疊的碳奈米管薄幾倍,工程師和生物學家都對了解它們如何在不加重自身重量的情況下捕獲如此多的光感興趣。
答案可能會幫助我們設計更好的太陽能板和望遠鏡。 它甚至可以偽裝飛機,使其無法在夜間或被雷達偵測到。
這種奈米級機制的可能性是巨大的。
該研究發表於自然通訊。