为什么蓝色是我们在自然界中发现的最明亮的颜色之一

从鸟的羽毛到果皮，自然界有两种主要的显示颜色的方式：色素物质提供选择性颜色吸收，或通过结构色– 使用微观结构来控制光反射。

现在，科学家们设计了一种计算机模型，可以解释为什么自然界中最亮的哑光结构色几乎总是蓝色和绿色：因为这些是可见光谱内结构色的极限。

除了让我们更好地了解自然界中最亮的蓝色和绿色是如何产生的之外，这项研究对于开发不会随时间褪色或释放有毒化学物质的充满活力、环保的油漆和涂料也很重要。

“除了强度和抗褪色性之外，使用结构色的哑光涂料也更加环保，因为不需要有毒染料和颜料。”物理学家詹尼·雅库奇说来自英国剑桥大学。

“然而，在任何商业应用成为可能之前，我们首先需要了解重新创建这些类型的颜色的局限性。”

对于结构色，表面的纳米级框架决定了实际颜色本身。

有时——例如孔雀羽毛——颜色可能是彩虹色的，并且在不同角度和不同光线下会在色调之间变化。它们是由有序晶体结构产生的。

孔雀羽毛是结构色的经典例子。 （Tj Holowaychuk/Unsplash）

对于其他结构，您会得到哑光颜色，不会因无序结构而改变；在自然界中，这种情况仅在产生蓝色和绿色色调时观察到。这项新研究的目的是看看这是否是上述结构的固有局限性。

基于称为光子玻璃的人造材料的新计算机模型表明，红色确实超出了哑光结构色背后的散射技术的范围：可见光谱的长波长区域无法使用以下技术轻松反射这些微观的表面结构。

“由于单次散射和多次散射之间复杂的相互作用，以及相关散射的贡献，我们发现除了红色、黄色和橙色之外，也很难达到，”化学家 Silvia Vignolini 说，来自剑桥大学。

梅喉鹦鹉呈现出生动的结构性哑光蓝色。 (雷德博特/iNaturalist/CC-BY-NC）

这一定就是为什么使用自然界中的颜料而不是结构色来生产明亮的哑光红色。该团队认为，由于底层结构的限制，自然界的进化导致了产生红色的不同方式。

更多地了解这些哑光结构色的产生方式将使我们更接近于生产不含颜料和染料的涂料——这是在许多应用的持久、环保材料方面向前迈出的重要一步。

不过，这还有一段路要走，而且看起来红色和橙色需要一种不同的方法——在对它们进行更详细的研究之后，其他种类的纳米结构可能能够完成这项工作，但目前材料科学家面临着与自然界相同的问题。

“当我们尝试人为地重新创建红色或橙色的哑光结构色时，我们最终得到的结果质量很差，无论是饱和度还是色彩纯度。”化学家卢卡斯·舍特尔说，来自剑桥大学。

该研究发表于美国国家科学院院刊。