建模解释了为什么蓝色和绿色是自然界最鲜艳的颜色

研究人员已经证明了为什么自然界中强烈的纯红色主要是由颜料产生的，而不是产生明亮蓝色和绿色的结构性颜色。来自剑桥大学的研究人员使用一种方法来确定哑光结构色的界限-这一现象导致了自然界中一些最强烈的颜色-并发现它在可见光光谱中只延伸到蓝色和绿色。发表在“美国国家科学院院刊”(PNAS)上的这项研究结果可能有助于开发无毒涂料或具有永不褪色的强烈颜色的涂料。

一些鸟类羽毛、蝴蝶翅膀或昆虫身上出现的结构性颜色，并不是由颜料或染料引起的，而是由内部单独造成的。颜色的外观，无论是哑光还是彩虹，将取决于结构在纳米尺度上的排列方式。

有序的或结晶的结构会产生彩虹般的颜色，当从不同的角度观察时，这些颜色会发生变化。无序或相关的结构导致与角度无关的哑光颜色，这些颜色从任何视角看都是相同的。由于结构色不会褪色，因此这些与角度无关的哑光颜色对于不需要金属效果的应用(如油漆或涂层)非常有用。

剑桥大学化学系的第一作者詹尼·雅库奇说，除了它们的强度和抗褪色能力外，使用结构色的哑光涂料也会更环保，因为不需要有毒的染料和颜料。然而，在任何商业应用成为可能之前，我们首先需要了解重建这些类型的颜色的限制是什么。

合著者卢卡斯·谢特尔说，自然界中大多数结构色的例子都是虹彩的--到目前为止，自然产生的哑光结构色的例子只有蓝色或绿色。当我们试图为红色或橙色人工重建哑光结构色时，无论是饱和度还是颜色纯度，我们最终都得到了质量很差的结果。

研究人员在西尔维娅·维格诺里尼博士的实验室工作，他们使用数值建模来确定创造饱和、纯净和哑光红色结构色的局限性。

研究人员模拟了自然界中发现的纳米结构的光学响应和颜色外观。他们发现，饱和的哑光结构颜色不能在可见光谱的红色区域重现，这可能解释了为什么自然系统中没有这些色调。

维格诺利尼说，由于单次散射和多次散射之间的复杂相互作用，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。

尽管结构颜色存在明显的局限性，但研究人员表示，可以通过使用其他类型的纳米结构来克服这些限制，比如网络结构或多层分层结构，尽管这些系统还没有完全被理解。更多信息：Gianni Jacucci等人，“在相关、无序的系统中扩展自然调色板的局限性”，“国家科学院学报”(2020)。Doi：10.1073/pnas.2010486117