Frumos fluture negru și albastru

Unii fluturi au culoarea albastru irizat cele mai uimitoare aripi, cum ar fi fluture Morpho Menelau din America de Sud și fluturi de munte de sex masculin Papilio Ulysses, care trăiesc în partea de nord a Australiei. 1 Cum această culoare albastră izbitoare? Acesta a fost mult timp cunoscut faptul că culoarea albastră nu este produs de pigmenți, și unele efecte optice.

Oamenii de stiinta studiaza „natura“

Uneori, culori diferite pot fi văzute din cauza interferenței, în funcție de unghiul. Ie la un unghi mic, diferența de lungime de cale devine mai mare, astfel încât lungimile de undă la un unghi mare interferează în mod constructiv. Astfel, rețelele de difracție convenționale forma efecte irizare frumoase, dar nu și culori pure. Dar aripa de fluture inspirat oamenii de știință pentru a crea astfel de structuri model care arata albastru bogat cu o gamă largă de unghiuri. Catâr Gupta, Director, Centrul de Stiinte Aplicate de la Universitatea Old Dominion din Virginia, Statele Unite ale Americii a declarat:

„Am început examinarea aripi de fluture folosind microscopie electronică și am învățat cât de complex structura și dificil de fabricat. Așa că am venit cu o nouă abordare, folosind microgratings cu orientare aleatorie, ca o modalitate de a obține mai multe culori, cu unghi larg de vizualizare. " 3

Prin urmare, oamenii de știință au dezvoltat o structură de tip fagure compus din hexagoane mici, fiecare având o rețele de difracție canelate în direcții diferite (vezi. Fig. 5, de mai jos). Ei au folosit o tehnica numita litografie cu fascicul de electroni (EBL). Rezultatul este o structură care arată albastru dacă este vizualizat la un unghi 16-90 °. 4

Pe viitor, aceste metode pot fi utilizate în dispozitive de afișare, precum și pentru a înlocui culoarea stratului de suprafață, producând astfel culori mai bune. In plus, aceasta va ajuta la evitarea problemelor asociate cu deșeuri chimice în fabricarea de pigmenți și coloranți. 5

budgies albastru

Culoarea albastră strălucitoare a unor pene perus este, de asemenea, o consecință a interferenței. Dar, în acest caz, cauzate de structura spongioasa a cheratinei - o proteina care penele (precum pielea și unghiile noastre). 6 culori orbitoare coada păunului, de asemenea, sunt rezultatul interferenței. 7

Figura 3. Interferența constructivă. Când două valuri sunt în fază în raport unul cu altul, adică, vârfuri de undă coincid cu vârfurile celuilalt val, iar cele mai mici puncte coincid cu jgheaburile alt val, intensitatea crește unele cu altele. Rezultatul este un val cu o amplitudine mai mare, este prezentat mai jos.

Figura 4. interferența distructivă. Când două valuri nu sunt complet în fază, adică, vârfuri de undă coincide cu cea mai mică dintre punctele sale, acestea slăbesc reciproc. Rezultatul este linia de jos, fără valuri.

negricioasă decît negru

pigmenți negri par negru, deoarece acestea absorb toate frecvențele de lumină vizibilă. Cu toate acestea, nu este așa, pentru că o parte din lumina este reflectata. Cel mai cunoscut exemplu - luna. De pe Pământ se pare alb-argintiu, dar suprafața sa este compusă în principal din bazalt rocă neagră.

Un experiment bine-cunoscut poate demonstra lipsa de vopsea neagră. Ia-o cutie de carton închis de sub papuc și vopsea-l în negru negru. Apoi se taie în ea o dimensiune mică gaură de 1-2 mm. Aceasta gaura va arata mult mai negricioasă decît cea mai neagră colorant. În timp ce vopsea risipește o parte din lumina, lumina care intră în gaura, aproape nu merge departe. De fapt, de aceea pupila ochiului astfel de negru - admite el lumina care nu iesi.

Cel mai recent, Dr. Vukusic a aratat ca conturul negru fluture Papilio Ulise este, de asemenea, un rezultat al design-optice, colectarea de lumină. 8 Acest particular colorant negru aproape de două ori mai negricioasă decât cea care poate fi realizat cu ajutorul unui singur pigment, și care rezultă culoarea albastru pal evidențiată și mai mult în fundal. Flakes acoperite cu gropi mici, o lățime de aproximativ un micron, care formează structura de tip fagure ca un fagure. 9 Aceste fulgi au un indice de refracție mare, astfel încât acestea să împărtășesc o reflecție internă comună. Ie lumina pătrunde în material, dar odată ce ajunge la cealaltă parte a suprafeței, în loc de a trece mai departe, aceasta se reflectă în materialul. (Astfel, fibrele optice de lucru, inclusiv fibre naturale coș de flori burete Venus. 10) Având în vedere că lumina nu poate fi, practic, reflectate din aripile în ochi, aripi de fluture apar foarte negru.

Efectul de refracție

Dr. Vukusic a reușit să înțeleagă prinderea de design de lumină aripa Papilio Ulise pentru că a vrut să vadă ce s-ar întâmpla dacă cumva efectul de refracție. Dar modul în care acest efect poate fi eliminat?

Refracția luminii (adică schimbarea direcției sale) și reflectarea ei pot apărea pe suprafețele dintre substanțele, în care viteza luminii în interiorul fiecărei substanțe diferite, și anume lumina trece prin apa este mai lent decât prin aer, astfel încât indicele de refracție al apei este mult mai mare. 11 De aceea, atunci când se afundă în stick-ul drept apă, pe suprafata se pare ca „îndoit“. În cazul în care diferite materiale au același indice de refracție, lumina se comportă ca și în cazul în care nu se schimbă între materialele, astfel încât reflecție puțin sau refracție.

Acest lucru poate fi ilustrat printr-o sticlă mată. Suprafața sticlei la sol este special aspru, astfel încât lumina este împrăștiată în toate direcțiile, la limita dintre sticlă și aerul, rezultând o imagine clară nu poate fi. Cu toate acestea, imaginea poate fi văzut în cazul în care această dispersie ar putea fi încheiată. O metodă - pune pe sticlă lichid vâscos mată care are aproximativ același indice de refracție ca și cea din sticlă și sticlă capac apoi netedă. În acest caz, atunci când refracția sau reflexia de pe suprafața de sticlă mată este aproape nu se întâmplă prin ea, puteți vedea o imagine clară. Dr. Vukusic aplicat același principiu pentru fluturi. El a încărcat aripi în bromoform (CHBr3), care are aproximativ același indice de refracție ca țesătura aripii. Ca urmare a aripi ar putea absorbi doar aproximativ 50% din lumină, în timp ce în aer, ele absorb mai mult de 90% din lumina.

Mai multe biomimeticii

inginer chimist Richard Brown de National Physical Laboratory din Teddington, în apropiere de Londra, a folosit acest principiu pentru a crea un strat numit «Super Black». Acest strat este format dintr-un aliaj de nichel-fose fosfor, care utilizează, de asemenea, refracția luminii. Acest strat absoarbe 99,7% din lumină.

Acesta este un alt exemplu al modului în care designul in natura inspirat ingineri. Dr. Vukusic spune, „Biomimetica câștigă popularitate. Noi ar trebui să urmeze exemplul naturii „în toate circumstanțele. În realitate, acest lucru înseamnă că avem nevoie pentru a copia geniul Creatorului. pe care le-a pus în natură.