利用二氧化矽模仿甲蟲外殼色澤
- 上線日期：2010/12/17 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
加拿大科學家製出一種具有甲蟲外殼般色彩繽紛樣貌的新材料，而且只需添加水就能中止此眩目的效果。研究人員相信這項新材料將能發展出許多應用，其中包括「智慧窗」(smart window)。
甲蟲外殼以及蝴蝶翅膀呈現的結構色(structural color)有別於一般的顏料，它們是光與材料表面週期結構的交互作用的結果。在某些生物材料如聖甲蟲(scarab beetle)的外殼上，具有扭曲或對掌性(chiral)的結構，讓反射光呈圓偏振(circularly polarized)。
Keven Shopsowitz與英屬倫比亞大學及FPInnovations公司的同事最近在研究多孔性氧化矽做為儲氫材料時，意外地在二氧化矽薄膜上仿造出上述現象。他們利用奈米微晶纖維做為矽內部的模板，稍後再將它們燒掉以便在二氧化矽中留下空隙。
Shopsowitz注意到樣品在熔燒過程中會變得色彩繽紛，以偏光顯微鏡(POM)分析後發現二氧化矽膜表面在蒸發過程中會出現指紋般的紋理，且各有對應的螺旋圖案。進一步的穿透式電子顯微鏡(TEM)分析證實了個別奈米微晶棒會組織成對掌性向列(chiral nematic)結構。
二氧化矽通常為無色，但表面經這般改造後卻能反射特定波長的光。研究人員藉由改變合成條件來控制螺旋圖案的密度，進而控制反射光波長，並以此方法製作出一系列不同顏色的薄膜。該團隊還示範利用加水來消除色彩，待水乾掉又可恢復色彩。他們聲稱這種讓薄膜在彩色與無色間切換的能力，結合控制螺旋間距的能力，可用來研發隨環境條件改變的智慧窗。
專攻於神經生物學及知覺感應中樞的Bristol大學生物學者Nicholas指出，液晶的對掌性結構已廣為人知超過百年，甲蟲表殼和膽固醇液晶的相似性也在1920年代為人發現，然兒膽固醇液晶是排列有序的流體，而上述研究創新之處在於它能在固體製作出相同的自組成結構。詳見Nature 468, pp.422-425(2010)。
原始網站: http://physicsworld.com/cws/article/news/44389
譯者:廖繼揚(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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