绿带翠凤蝶翅面结构光变色机理的试验研究-中国科学.PDFVIP

中国科学 E 辑:技术科学 2007 年 第37 卷 第7 期: 952~957 SCIENCE IN CHINA PRESS 绿带翠凤蝶翅面结构光变色机理的 试验研究 * 任露泉 邱兆美 韩志武 关会英 邬立岩 (吉林大学生物与农业工程学院地面机械仿生技术教育部重点实验室, 长春 130022) 摘要 动物体表彩色是在长期生物进化过程中为了逃避天敌、捕捉猎物或展示 自身艳丽而自然形成的, 研究其结构光机理是仿生学的一个重要方面. 根据用酒 精溶液填充到绿带翠凤蝶翅面蓝色鳞片区域的瞬时改变颜色成绿色, 最后又还原 成蓝色这一现象, 应用体视显微镜、扫描电镜、透射电镜和紫外可见分光光度计, 通过分析翅面鳞片的微观结构和光学特性与变色效应关系, 发现中国东北地区的 绿带翠凤蝶蓝色鳞片可以变色, 其原因在于可见光经过鳞片的凹坑状多层薄膜反 射结构与填充介质时, 由于介质的折射率不同, 引起了一定波长的光波发生干涉, 形成相应波长的颜色, 这对于视频隐身材料的仿生设计具有重要的学术参考 价值. 关键词 视频隐身 绿带翠凤蝶 结构光变色 动物为了适应恶劣的环境, 维持生命和物种的延续, 经过亿万年的生物进化, 各种各样的 动物自身具有了不同的特殊功能. 几乎每一种生物都有自身独特的色彩, 尤以蝴蝶翅膀拥有 的色彩和图案最为绚丽且神秘. 某些蝴蝶翅面的颜色来自于翅面鳞片的结构色, 且产生这些 明亮颜色的结构很复杂, 在光线照射下可以折射出斑斓的色彩. 蝴蝶生存环境的不同, 在长期 自然选择进化下造就了翅面颜色的多样性, 有的形成眼花缭乱的花纹图案, 有的形成闪亮的 颜色, 使它们在花草丛里时隐时现, 似真似幻, 起到保护和隐蔽自身的作用. 许许多多动物体表变幻莫测的颜色, 有些是为了逃避天敌或捕捉猎物, 有些是为了展示 自身的艳丽, 研究和揭示其奥秘对开发动物体表色彩模拟设计有重要意义. 本文以试验分析 绿带翠凤蝶翅面变色现象与鳞片微观结构间的关系, 所得的结果对视频隐身仿生设计有所启 示, 并在国防领域有深远的战略意义. 收稿日期: 2007-04-25; 接受日期: 2007-05-20 国家自然科学基金(批准号:、教育部科学技术研究重点项目(批准号: 105059)和霍英东青年教师基金(批 准号: 101020)资助项目 * E-mail: lqren@ 第 7 期 任露泉等: 绿带翠凤蝶翅面结构光变色机理的试验研究 953 1 色彩的本质 物体的颜色是物体对可见光的反映, 这种反映取决于构成物体原子的能级结构. 如果组 成可见光的 7 种单色光谱完全被物体反射, 则物体为白色; 如果完全被物体吸收, 则为黑色; 如果完全透过物体, 物体便是透明的; 如果某种或某几种单色光谱被反射, 其余的被吸收, 所 看到的便是某种单一颜色或某几种颜色汇集成的彩色, 这就是颜色的物理本质. 光线射在物体上被反射到同一点或线,