大自然的色彩戲法
"動物展現炫目色彩的七項技法，皆是開發新科技的靈感來源。 "
撰文／鮑爾（Philip Ball）
翻譯／甘錫安
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重點提要
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孔雀尾部羽毛變化萬千的色彩，一向讓許多人好奇不已。17世紀英國科學家虎克（Robert Hooke）曾說這些色彩「令人難以想像」，原因之一是孔雀的羽毛打濕時，色彩會隨之消失。虎克使用當時剛剛發明的顯微鏡研究孔雀羽毛，發現羽毛表面有微小的細長突起，他認為可能就是這些突起造成鮮豔的黃色、綠色和藍色。
虎克的猜測是對的。鳥類羽毛、蝴蝶翅膀和烏賊身體上鮮豔的色彩，通常不是來自會吸收光的色素，而是大小僅數百奈米的許多微小結構，這類結構的尺寸和間隔會從整個日光頻譜中篩選出特定波長。這些色彩通常像彩虹一樣豔麗，從藍到綠、或是從橙到黃，神奇地不斷變化，視我們觀看的角度而定。因為這些色彩來自反射的光線，而不像色素是由吸收其他頻率的光所造成，所以往往更加鮮豔。中南美洲熱帶森林裡，藍閃蝶在穿透樹冠層的陽光下，看起來就像會發光一樣，遠在一公里外就看得見。
科學家正逐步了解生物身上這些精細的奈米結構如何操縱光線。同時，工程師也模仿這些生物結構，以設計新穎的人造光學材料。這些材料可用來製作更亮麗的顯示器、新型化學感測器，以及改良資訊的儲存、傳輸和處理技術。
這些生物結構如何演化而來？我們所知不多，但至少知道它們如何形成，又如何產生美妙的色彩。大自然沒有電子束等精密科技可用來蝕刻薄膜材料，因此必須依靠巧妙的構造。如果工程師能掌握這些原理，或許將能開發出能像烏賊保護色一樣隨時變換顏色的平價布料；或是把電腦晶片中的電子線路改成光學通道，便可以極高的速度傳輸資訊。以下是大自然形成結構、創造出多變色彩的戲法，以及發明家嘗試利用這些戲法的方式。
耶誕樹效應
耶誕禮讚(右圖)：大藍閃蝶翅膀鱗粉上耶誕樹奈米結構剖面圖，多層的結構可以反射藍光。
大藍閃蝶（Morpho didius）和藍摩爾蝶（M. rhetenor）炫目的藍色來自翅膀鱗粉上複雜的奈米結構：在鱗粉朝外的一面，會長出耶誕樹形的幾丁質構造。每棵「耶誕樹」上的平行樹枝可形成另一種繞射光柵，這些陣列可以反射高達80%的入射藍光。而且因為這些陣列不是平坦的，在僅能將單一色彩反射到某個視角範圍內只能反射出同一種顏色，縮減了色彩的豐富性。生物不一定希望自己的色彩會隨觀看者的角度而變化。
如同虎克在孔雀羽毛上觀察到的，當藍閃蝶的翅膀上有水覆蓋時，會改變光的繞射。因此，繞射係數不同的液體會造成不同的反射色彩。美國奇異公司全球研究中心的研究人員，與紐約州立大學奧巴尼分校的研究人員及英國艾克斯特大學的蝴蝶翅膀專家維克希克（Pete Vukusic）合作，開發模擬閃蝶的人造結構，用以製作能辨識某幾種不同液體的化學感測器，依據接觸到的液體而變成不同的顏色。他們使用半導體產業的微影技術，在固體上蝕刻出這些結構。這種感測器或許可用來在發電廠偵測特定氣體，或偵測飲水中的雜質。
