引子

? ??各位看官，小編今天出一道競猜題，請問上圖歐波同LOGO是用什么材料做成的？小編聲明在先，猜對沒獎。

前期回顧

? ??書歸正傳，前兩期內(nèi)容我們通過顯微分析技術(shù)，探索了2009版的美元防偽藍條和我們的糧食——大米的微觀結(jié)構(gòu)，本期我們的題目是【‘蝶’影重重】。

序言

??? 還記得我們第三期節(jié)目中美元防偽藍條么？那一期我們通過顯微分析美元MOTION安全線解開了微透鏡陣列成像技術(shù)之謎。小編覺得呢，人不能只為money活著，還要有詩和遠方，春天到了，沒事多出去走走，看看這美麗多彩的世間萬物，比如說——蝴蝶。

蝶兒為什么這樣‘炫’？

? ??先來看看小編的這只蝴蝶標(biāo)本吧

? ??剪取翅膀黃色和綠色部分，置于偏光顯微鏡和掃描電鏡內(nèi)觀察，結(jié)果如下：

偏光顯微鏡下，我們的蝴蝶翅膀上可以看到綠色翅膀部分有好多鱗片緊密排列，而鱗片上還有微細的結(jié)構(gòu)，是不是還有更小的結(jié)構(gòu)呢？這些細小結(jié)構(gòu)對發(fā)光有沒有影響呢？

我們隨后用ZEISS場發(fā)射掃描電鏡進行超低電壓觀察（原因是蝴蝶翅膀不導(dǎo)電、怕輻照、觀察原始形貌又不能噴金）。

掃描電鏡下圖像

? ??綠色部分

? ??圖A中可以發(fā)現(xiàn)蝴蝶翅膀上鱗片鱗次櫛比，且有分層，上層鱗片局部放大（圖B、圖C）清楚可見鱗片上有很多脊脈和微小凹坑。

? ??黃色部分

? ??黃色部分微細結(jié)構(gòu)明顯與綠色的結(jié)構(gòu)不同，排列緊密呈條紋狀的脊脈（圖B、圖C）。這些結(jié)構(gòu)難道就是蝶兒這么“炫”的原因？

原理解析

? ??其實呢，自然界生物的色彩原理有科學(xué)家研究過，有興趣的朋友可以自行度娘或Google。對于蝴蝶來說，它身上斑斕的色彩來源于鱗片內(nèi)含有的色素和鱗片的這些細微結(jié)構(gòu)，稱之為鱗片的化學(xué)色和結(jié)構(gòu)色，色素色彩的變化主要來源于對不同頻率光的吸收，而結(jié)構(gòu)性色彩，其原理是利用周期性結(jié)構(gòu)，即光子晶體，對光的反射、透射等進行調(diào)控。

? ??所謂化學(xué)色，也叫色素色是指鱗片由于含有不同的色素而顯現(xiàn)出不同的顏色。蝴蝶翅膀的色素一般有黑色素(melanins)，黃酮類物質(zhì)(flavonoids)，蝶呤(pterins)和眼色素(ommochromes)等四種。比如，蝶呤可以增強光線在單個鱗片里的反射，因而蝶呤含量高的鱗片會表現(xiàn)艷麗的色彩；而黑色素是高分子聚合物，會同時吸收UV和可見光，一般表現(xiàn)為蝴蝶翅膀斑斕花紋底下默默付出的黑色和深棕色的背景。每片鱗片都是由一個表皮細胞產(chǎn)生的，有自己獨特的顏色，各色的鱗片們像瓦片一樣彼此重疊，拼湊出眼點，條紋和漸變色等等圖案（見下圖）。

? ??結(jié)構(gòu)色是鱗片表面的微觀物理結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的。這些微觀結(jié)構(gòu)，比如鱗片內(nèi)的多層片狀薄膜（也叫肋狀結(jié)構(gòu)，肋片），使光波發(fā)生干涉、衍射和散射而產(chǎn)生了比化學(xué)色更加絢麗的顏色。這些色彩可以因不同視距、視角等因素而變化，泛著金屬般的光澤，又稱為彩虹色。幾乎沒有蝴蝶不具有結(jié)構(gòu)色，尤其是閃蝶科和鳳蝶科的蝴蝶。比如這只來自印尼的愛神鳳蝶（見下圖）。

? ??這種現(xiàn)象原理是什么呢？我們都知道，光從一種介質(zhì)進入到另一種介質(zhì)，會同時發(fā)生光的反射和折射。如果一束自然光（白光）進入一個厚度為d的薄膜，會在薄膜的上表面發(fā)生一次反射，同時折射進入薄膜。由于白光是由各色光組成的，各色光的折射角不一樣，第一次折射就將赤橙黃綠青藍紫不同波長的光分離出來了。這些不同波長的光再遇到薄膜的下表面，又會發(fā)生一次反射和折射，若存在多個薄膜則依次類推。這樣，各色光線的第二次反射光線，和它們的第一次反射光線，頻率相同，傳播方向相同，具有了干涉的基本條件。而當(dāng)同樣波長的光發(fā)生相長干涉時，所產(chǎn)生的光亮度則是色素發(fā)光沒法兒比的。

【上圖：白光遇到薄膜時發(fā)生的折射和反射。下圖：當(dāng)兩列相干光波相遇時，如果位相差異為波長的整數(shù)倍，那么它們的波峰會和波峰相遇，波谷會和波谷相遇，光波的振幅變大，亮度提高，這種現(xiàn)象叫做相長干涉（constructive interference）。圖片來自HowStuffWorks】

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后記

總之，鱗片的化學(xué)色構(gòu)成蝴蝶靜態(tài)的美麗花紋，而結(jié)構(gòu)色，則賦予靜止花紋以生命，讓它隨著光線發(fā)生動態(tài)的變化。正是這兩種色彩的水乳交融，讓自然界造就出那么多色彩斑斕的蝴蝶。

剛開始的無獎問答大家想必有答案了吧？對！是蝴蝶翅膀！

下期有什么精彩內(nèi)容呢？敬請期待吧！

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