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標題: 蝴蝶翅膀的色澤﹐藏著奈米科技 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2021-7-28 10:43 AM 標題: 蝴蝶翅膀的色澤﹐藏著奈米科技

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　　蝴蝶的翅膀表面布滿著無數的鱗片﹐每一個鱗片的長度大約介於50~200微米之間(1微米=0.001公釐)。不同種類的蝴蝶﹐鱗片的形態也會有所差異﹐但共通點都是非常容易脫落。包含蝴蝶的鱗片在內﹐昆蟲身上呈現出來的許多色彩﹐是由天然色素所構成﹐這稱作「色素色」(化學色)。但也有部分顏色屬於「構造色」(或稱物理色﹑結構色)﹐與體表結構的物理性質有關。
　　構造色通常由週期性排列的微觀結構﹐如小突起﹑溝紋等所造就﹐這些結構使光線產生反射﹑干涉﹑繞射等光學效應﹐而讓特定波長的光被保留了下來。構造色並常伴隨著「炫彩」特性﹐也就是色彩光澤會隨著人眼觀看角度的不同而出現些微變化﹐讓一隻昆蟲顯得璀璨閃耀。有些蝴蝶在展翅時﹐會呈現出類似金屬﹑珍珠般的光亮質感﹐這類特徵往往便是源自構造色。(炫彩(iridescent)﹐也常被譯作「虹彩」﹑「虹光」)中南美洲叢林中的「閃蝶」(Morpho﹐又稱摩爾福蝶)是構造色相當有名的例子。閃蝶的藍色翅膀鮮豔奪目﹐質感宛如珠寶﹐因此身價不凡﹐是眾多標本收藏家愛不釋手的珍品。
　　閃蝶翅膀呈現金屬藍色﹐然而翅表面的鱗片並沒有藍色色素﹐這樣的炫目的色澤歸功於鱗片上奈米尺度的多層次塔狀結構。當陽光映照在鱗片時﹐部分光線可能會直接被反射﹐有些光線則穿過部分結構﹐接著被底下層次的結構反射﹐而許多被反射的光線﹐彼此還可能發生交互作用。最終﹐鱗片的這些微結構反射了大部分藍色光芒﹐使得翅表面呈現明亮耀眼的金屬質感。
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　　鱗片已經非常的小﹐當然鱗片上的結構是我們人類肉眼所看不到的﹐所以科學家在探究這些構造時﹐必須透過電子顯微鏡才得以一窺究竟。拿現實生活中的物品來比喻﹐可以說閃蝶體表閃耀的色澤﹐性質有些類似CD光碟片的表面。光碟片在光線下會顯現七彩的光澤﹐而這些光澤是光碟表面細小微妙的溝槽造成的繞射效果。
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　　紫斑蝶前翅背面雖然呈黯淡的褐色﹐但當牠們展翅時﹐這些鱗片在陽光下會散發出藍色至藍紫色的絢麗色彩﹐並且顏色深淺隨著角度的變化非常明顯。這同樣是由於光線照射在鱗片表面的物理結構﹐反射了特定波長光線的緣故。
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　　其實不只是成蟲﹐構造色也可見於紫斑蝶的蛹。紫斑蝶的蛹呈亮麗金黃色或銀色﹐炫彩極為明顯﹐這是由於表皮底下層層排列的薄膜狀結構﹐對光線產生了影響。
　　當然﹐構造色的形式還存在許多昆蟲身上﹐常見的幻蛺蝶(Hypolimnas bolina kezia)﹑蘭嶼的珠光裳鳳蝶(Troides magellanus)都是構造色相當鮮明的例子。一些金屬質感的吉丁蟲﹑金龜子﹑灰蝶﹐其華麗的外觀往往也與構造色脫不了關係。
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　　這一身醒目的光澤﹐對昆蟲而言可能帶有警告的意味﹐因為許多鮮豔明亮的昆蟲有毒﹐或嚐起來具有特殊臭味。日光下閃爍的炫彩也可能具有隱蔽的效果﹐或者與同種個體間的辨識溝通有關。
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　　我們可能常常直覺的把構造色與光亮的炫彩畫上等號﹐事實上在大自然裡﹐生物的構造色不見得都是如此。我們在平地或山區都有機會見到﹐分布範圍相當廣的白粉蝶(Pieris rapae)﹐身上其實也具有大片的構造色﹐但我們在牠身上看不到光輝的炫彩現象。
　　白粉蝶的翅膀﹐有局部的鱗片具有黑色色素而形成深色斑塊﹐其他區域則主要呈白色﹐或略帶有一點淡黃。以往﹐白粉蝶身上單純的色彩多被認為是色素色﹐可是那些佔大多數的白色鱗片﹐實際上並不含白色的色素。
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　　在白粉蝶的鱗片表面﹐具有許多枝狀的構造﹐其表面又附著了許多如珠子般的微小顆粒﹐顆粒本身也沒有色素成分。其實是這些顆粒反射了特定光線﹐導致翅膀呈白色的構造色。不管是構造色的成因﹐以及所造就的色彩樣貌﹐當中複雜且多樣的機制﹐往往遠超出人類所想像。許多的昆蟲的表皮﹐構造色與色素色這兩類色源﹐並時常同時存在﹐兩者交織構成體表展現的色彩。
　　物理結構形成的色彩﹐理論上能夠長期存在﹐能夠避免褪色的問題﹐人類也從中得到了不少科技靈感﹐試圖在工業產品上重現這般的顏色。日本的纖維公司便參考了閃蝶翅膀的原理﹐研發出不使用化學染料﹐而是運用物理特性顯現色彩﹐名為「藍默纖維」(Morphotex)的環保材質。這樣的材質有什麼優點呢﹖構造色呈色的纖維不需要經過傳統的化學染色製程﹐能減少產生的廢料﹐亦減低了水資源與能源的消耗。
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　　如果掌握了不會褪色的顏色技術﹐還有機會應用在太陽能板塗料﹑印刷﹑化妝品﹑鈔票防偽等方面﹐幫助解決許多技術問題。昆蟲及各式動物與生俱來的外貌﹐有時比人類費力研發出的技術都要精巧得多﹐甚至可能悄悄改變人類的生活。人類應該善待並維護自然資源﹐這顯然是很重要的一項理由。

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