结构色新机制是如何让色彩更斑斓的？

来自美国的科学家们近日发现了一种新的结构色形成机制，从而为色彩这一古老的研究领域注入了新的活力。

我们身边的许多物体之所以带有颜色，通常是因为其中含有的特定化学成分能够选择性吸收可见光中某些波长的光，这些化学物质就是我们所说的颜料或者染料来获得。然而也有一些物体之所以呈现特定的颜色，并非由于特殊的化学成分，而是由于其中的微观结构使得可见光发生干涉，从而强度发生显著变化。这样的颜色被称为结构色。结构色的一个典型例子是肥皂泡表面的颜色，其形成原因是从薄膜上下表面反射的光由于薄膜的厚度而存在光程差，从而发生干涉。在自然界颇为普遍，例如一些蝴蝶的翅膀和鸟类羽毛中的颜色都是结构色。

来自美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员是在研究一类特殊的油滴时发现这种新的结构色机制的。他们将两种不溶于水但又彼此不互溶的有机物液体分散到水中，形成的油滴并非均匀的球形，在油滴中两种有机物交界处会形成一个弯曲的液面。随后他们发现，在光的照射下，本应无色的液滴的边缘却呈现出绚丽的色彩。研究人员通过实验和理论模拟确认了颜色的成因：由于油滴内上方密度较小的液体折射率高于下方密度较大的液体，当光从上至下照射进油滴时，会在两种液体的界面处发生全反射，即入射光全部被反射，不会发生折射进入另一种介质。由于曲面的存在，经过多次全反射后，照射到液滴不同部位的光会出现光程差，从而发生干涉，进而导致油滴呈现出特定的颜色。

油滴呈现出的结构色。图中标尺为100微米（大图）和2厘米（小图）

研究人员进一步发现，改变油滴中两种液体交界处曲面的形状时，油滴呈现的结构色也会发生变化，这使得新的显示技术成为可能。例如他们在水中加入了一种特殊的表面活性剂，其化学结构会在紫外线照射下发生变化，而这又进一步影响油滴中的曲面形状。如果选择性地照射液体中某些区域，就可以得到两种不同的颜色，从而呈现出特定的图案。

改变油滴中液面的形状会改变油滴的结构色，从而在液面上呈现一定的图案。图中标尺为2厘米（中图）和50微米（右图）

这项研究不仅发表在最新一期的顶级学术刊物《自然》上，而且荣登该期刊物的封面，彰显了这一研究的重要意义。

论文：https://www.nature.com/articles/s41586-019-0946-4

（文中插图均引自原论文）

文 | 魏昕宇