Beregningsmodellering forklarer, hvorfor blå og grønne farver er de klareste farver i naturen

Forskere har vist, hvorfor intens, rene røde farver i naturen produceres hovedsageligt af pigmenter, i stedet for den strukturelle farve, der producerer klare blå og grønne nuancer.

Forskerne, fra University of Cambridge, brugte et numerisk eksperiment til at bestemme grænserne for mat strukturel farve - et fænomen, der er ansvarlig for nogle af de mest intense farver i naturen - og fandt ud af, at det kun strækker sig så langt som blåt og grønt i det synlige spektrum. Resultaterne, udgivet i PNAS , kunne være nyttig i udviklingen af ​​ikke-giftige malinger eller belægninger med intens farve, der aldrig falmer.

Strukturel farve, som ses i nogle fuglefjer, sommerfuglevinger eller insekter, er ikke forårsaget af pigmenter eller farvestoffer, men indre struktur alene. Farvens udseende, uanset om det er mat eller iriserende, vil afhængig af, hvordan strukturerne er arrangeret på nanoskalaen.

Bestilt, eller krystallinsk, strukturer resulterer i iriserende farver, som ændrer sig, når de ses fra forskellige vinkler. Uordnet, eller korreleret, strukturer resulterer i vinkeluafhængige matte farver, som ser ens ud fra enhver betragtningsvinkel. Da strukturelle farver ikke falmer, disse vinkeluafhængige matte farver ville være yderst nyttige til applikationer som maling eller belægninger, hvor metalliske effekter ikke ønskes.

"Ud over deres intensitet og modstand mod falmning, en mat maling, der bruger strukturelle farver, ville også være langt mere miljøvenlig, da giftige farvestoffer og pigmenter ikke ville være nødvendige, " sagde førsteforfatter Gianni Jacucci fra Cambridge's Department of Chemistry. "Men, vi skal først forstå, hvad begrænsningerne er for at genskabe disse typer farver, før nogen kommerciel anvendelse er mulig."

"De fleste af eksemplerne på strukturelle farver i naturen er iriserende - indtil videre, eksempler på naturligt forekommende mat strukturel farve findes kun i blå eller grønne nuancer, " sagde medforfatter Lukas Schertel. "Når vi har forsøgt kunstigt at genskabe mat strukturel farve til røde eller orange farver, vi ender med et resultat af dårlig kvalitet, både med hensyn til mætning og farverenhed."

Forskerne, som er baseret i Dr. Silvia Vignolinis laboratorium, brugt numerisk modellering til at bestemme begrænsningerne ved at skabe mættede, ren og mat rød strukturfarve.

Forskerne modellerede den optiske respons og farveudseende af nanostrukturer, som findes i den naturlige verden. De fandt, at mættet, matte strukturelle farver kan ikke genskabes i det røde område af det synlige spektrum, hvilket kan forklare fraværet af disse nuancer i naturlige systemer.

"På grund af det komplekse samspil mellem enkeltspredning og multipel spredning, og bidrag fra korreleret spredning, vi fandt, at ud over rød, gul og orange kan også næsten ikke nås, " sagde Vignolini.

På trods af de tilsyneladende begrænsninger af strukturelle farver, forskerne siger, at disse kan overvindes ved at bruge andre slags nanostrukturer, såsom netværksstrukturer eller flerlags hierarkiske strukturer, selvom disse systemer ikke er fuldt ud forstået endnu.