Компьютерное моделирование объясняет, почему синий и зеленый — самые яркие цвета в природе

0 725

Исследователи показали, почему интенсивные чистые красные цвета в природе в основном создаются пигментами, а не структурным цветом, который дает яркие синие и зеленые оттенки.

Исследователи из Кембриджского университета с помощью численного эксперимента определили пределы матового структурного цвета — явления, которое отвечает за некоторые из самых ярких цветов в природе, — и обнаружили, что он распространяется только на синий и зеленый в видимом спектре. Результаты, опубликованные в PNAS, могут быть полезны при разработке нетоксичных красок или покрытий с интенсивным цветом, который никогда не выцветает.

Структурный цвет, который наблюдается в перьях некоторых птиц, крыльях бабочек или насекомых, вызван не пигментами или красителями, а только внутренней структурой. Внешний вид цвета, будь то матовый или переливающийся, будет зависеть от того, как структуры расположены на наноуровне.

Упорядоченные или кристаллические структуры приводят к радужным цветам, которые меняются при просмотре под разными углами. Неупорядоченные или коррелированные структуры приводят к появлению не зависящих от угла матовых цветов, которые выглядят одинаково под любым углом обзора.

Поскольку структурный цвет не выцветает, эти не зависящие от угла матовые цвета были бы очень полезны для таких применений, как краски или покрытия, где металлические эффекты не нужны.

«В дополнение к своей интенсивности и устойчивости к выцветанию матовая краска, в которой используется структурный цвет, также была бы гораздо более экологичной, поскольку не потребовались бы токсичные красители и пигменты», — сказал автор исследования Джанни Джакуччи из Кембриджского химического факультета. «Однако сначала нам нужно понять, каковы ограничения для воссоздания этих типов цветов, прежде чем станет возможным какое-либо коммерческое применение».

«Большинство примеров структурного цвета в природе являются радужными — до сих пор примеры естественного матового структурного цвета существуют только в синих или зеленых тонах», — сказал соавтор работы Лукас Шертель. «Когда мы пытались искусственно воссоздать матовый структурный цвет для красных или оранжевых, мы получаем некачественный результат как с точки зрения насыщенности, так и чистоты цвета».

Смотрите также  Ванадий для металлургии может стать доступнее и дешевле

Ученые использовали численное моделирование, чтобы определить ограничения создания насыщенного, чистого и матового красного структурного цвета.

Исследователи смоделировали оптический отклик и внешний вид наноструктур, как в естественном мире. Они обнаружили, что насыщенные матовые структурные цвета невозможно воссоздать в красной области видимого спектра, что могло бы объяснить отсутствие этих оттенков в природных системах.

«Из-за сложного взаимодействия между однократным и многократным рассеянием, а также вкладов коррелированного рассеяния, мы обнаружили, что в дополнение к красному, желтый и оранжевый также трудно достижимы», — говорят исследователи.

Несмотря на очевидные ограничения структурного цвета, ученые утверждают, что их можно преодолеть с помощью других видов наноструктур, таких как сетевые структуры или многослойные иерархические структуры, хотя эти системы еще не полностью изучены.


Gianni Jacucci et al, The limitations of extending nature’s color palette in correlated, disordered systems, Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). DOI: 10.1073/pnas.2010486117

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x