摘要：孔雀羽毛的絢麗色彩啟發人們考慮是否能夠將羽毛的結構色和動態色中的光子晶體應用于印刷品、紡織品中。通過采用光學顯微鏡和掃描電鏡等手段對孔雀羽毛的微觀結構進行了分析，并參照二維光子晶體結構模型，深入探討混合色的形成機理及結構變化因素對顏色合成的影響。同時結合納米仿生制備技術，提出了人工仿生結構生色思路，初步探討結構生色在印染、紡織等領域的應用前景。
關鍵詞：孔雀羽毛;納米結構;仿生技術;結構生色
孔雀因其翅膀上變化多端、絢爛多彩的花紋而使人著迷，這也讓生物學家們感到疑惑:孔雀令人眼花繚亂的顏色是如何形成的，它又有什么應用意義呢?《PNAS》雜志刊登了一項研究成果———《孔雀羽毛的色彩策略》［1］，此項研究表明，小羽枝表皮下面的周期結構是羽毛具有顏色的原因。與此同時，Giraldo等［2］在研究蝴蝶翅膀時，也揭示了這個秘密———翅膀上的納米結構是蝴蝶的“色彩工廠”。
納米結構造就了孔雀之美與蝴蝶之艷。自然界中的顏色主要是通過色素來產生，但有些動物經歷進化后選擇了納米結構生色，即依靠自然光與波長尺度相似的納米結構的相互作用而產生顏色。物理學家牛頓第一個提出:包括孔雀在內的鳥類羽毛、昆蟲翅膀等的顏色不完全來源于色素生成。
由此，結構色概念應運而生。結構色是一種無須用染料、顏料著色就能產生的顏色。與染料或色素相比，它最大的特點是避免了印染行業生產和應用的環境污染，徹底解決了著色過程中的污水排放問題，還可以大量節省水電消耗，是當前紡織節能減排工作中冉冉升起的“明日之星”。色素生色隨著色素化學結構的變化，顏色會改變甚至消失;而結構生色能夠產生出更強的光，所產生的顏色特別明亮，甚至還具有金屬光澤［3］。只要保證結構生色材料的折射率和尺寸不變，其顏色是永遠不會消減的。如果把仿生結構生色這個戰略構想實現于紡織印染領域，會給該行業帶來革命性的改變。
Zi等［1］利用光學測量、電子顯微鏡觀察以及理論模擬，研究了孔雀羽毛顏色的來源。與牛頓的“薄膜干涉”結構生色理論有所不同，他們發現除了產生干涉的薄膜性結構以外，孔雀羽毛的小羽枝表皮下面還存在著規律的周期性結構。實驗和理論模擬結果顯示，二維周期結構沿表皮方向對某一波段的光有很強的反射，從而形成不同顏色。其調控方式主要有兩種:一種是調控周期長度，另一種是調控周期數目。不同顏色是由表皮下周期結構不同的周期長度來控制的，小羽枝的棕色、黃色、綠色、藍色所對應的周期長度依次減少。通過Fabry-Perot干涉效應(F-P效應)產生的棕色羽毛，其周期數目最小;再加上F-P效應引起額外的藍顏色，從而混合后呈棕色。
盡管人們已經知道了許多鳥類羽毛中存在著規律性的周期結構，但對于孔雀羽毛顏色來源的物理機制還沒有清晰的了解。為了進一步研究孔雀羽毛的仿生應用，我們利用顯微鏡研究了不同顏色孔雀羽毛的微觀結構，發現在光學顯微鏡下，孔雀羽毛上的小羽枝表面呈現鮮艷的金屬顏色，同時存在分段的節狀結構。
1·材料與方法
實驗材料取自雄性孔雀尾部絢麗多彩的羽毛。實驗儀器包括光學顯微鏡、掃描電鏡、紅外光譜儀、色譜儀、表面張力儀等。
2·結果
2.1疏水性測試
用表面張力儀測量羽毛表面與水的接觸角可以表征其親疏水性。對孔雀羽毛進行親疏水性測試的結果表明，羽毛對水的接觸角平均值為127°(圖1)，疏水性很強，由此想到“荷葉效應”———當羽毛的表面有大量突起的納米結構，可以形成強疏水性，表面接觸角會大大增加。
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