Elektronmikroskopi giver fingerpeg om den farverige kemi af guldsmedevinger

Blændende guldsmedevinger kan sende digtere til rapsodisering, men videnskabsmænd længes efter en bedre forståelse. I særdeleshed, de ønsker at kende kemien i de forskellige lag, der giver anledning til naturlige fotoniske krystaller, der hjælper med at skabe farver.

Nu, et samarbejde mellem brasilianske forskere fra det føderale universitet i Minas Gerais, Belo Horizonte, Brasilien, har slået sig sammen med Minnesota-eksperter i kemisk overfladebilleddannelse hos Physical Electronics, Inc. (PHI) for at puslespille farvemekanismen for den mandlige Amazonas-glittervinge-libelle (Chalcopteryx rutilans).

Efterforskere vil præsentere deres molekylære overfladebilleddannelsesresultater og analyser under AVS 64. internationale symposium og udstilling 29. okt.-nov. 3, 2017, i Tampa, Florida. De analyserede både gennemsigtige og farvede vinger for at korrelere med elektronmikroskopi og optiske resultater.

Glittervingens farver spænder over det synlige spektrum med glitrende rød, blå, og gule/grønne områder på vingerne, kilden, som de håber at finde.

Brasilianske efterforskere afledte delvise svar på dette spørgsmål ved hjælp af elektronmikroskopimetoder til scanningselektronmikroskopi (SEM) og transmissionselektronmikroskopi (TEM). Undersøgelse af glittervingefarvemekanikken viste, at de iriserende vinger har flere vekslende lag med forskellige elektroniske tætheder. Variationen af ​​lokal farve var relateret til antallet og tykkelsen af ​​lagene, som ændrede sig på tværs af fløjen.

Mens måling af tykkelsen og antallet af lag var let opnåelig ved elektronmikroskopi, tilgangen var ikke i stand til at karakterisere kemien i de forskellige lag, der giver anledning til disse naturlige fotoniske krystaller. For fuldt ud at forstå farvemekanismen, de skulle måle kemiske strukturer i vingen.

Ved at slå sig sammen med Minnesota-kolleger på PHI, de målte den faktiske kemi i vingestrukturen med en avanceret molekylær overfladebilleddannelsesteknik kendt som Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (TOF-SIMS). Denne ekstremt følsomme overfladeanalytiske teknik kan afsløre meget detaljerede molekylære og elementære data om overflader, tynde lag og grænseflader i både 2-D og 3-D. TOF-SIMS kan bruges til at undersøge 3D-strukturen og kemien af ​​en lang række organiske og uorganiske materialer, både syntetiske og naturligt forekommende.

Blandt de mest interessante resultater, holdet opdagede, er, at de periodiske ændringer i lokale elektrontætheder kan svare til variationer i natrium (Na) og kalium (K) koncentrationer gennem tykkelsen af ​​vingen. De kunne ikke finde lignende fund i litteraturen, imidlertid.

David M. Carr, en ingeniør og seniorforsker ved PHI, synliggør betydningen af ​​naturens teknik og dens anvendelser i teknologiudviklingen.

"Naturen kan ofte give eksempler på ingeniørmæssige løsninger. Hele området for biomimik er viet til at lære af naturen for potentielle løsninger på vanskelige ingeniørmæssige problemer, " sagde Carr. "Hver naturlig prøve har unikke egenskaber og meget at lære os."