昆蟲的奈米色彩

 
2017/06/05 戴子堯 | 南臺科技大學 機械工程系     416
 

奈米奈米,這幾年很熱門的問題。奈米能做成什麼?大家都在問;奈米是什麼顏色?這是個好問題。

 

奈米不但有顏色,而且已經在大自然存在多年。當我們看到天邊的虹或霓時,除了驚艷於大自然美景的感受,如果要用比較接近科學的方法描述看到的顏色時,無論是否瞭解光線折射與反射造成不同色光的理論,通常還是可以比較具體地說出看到的顏色。且即便大家看到的不是同一條虹霓(每個人看到的是經由大氣中不同水滴所產生的虹霓),說出來的顏色還是相同的。但如果是看到昆蟲時,無論是動態飛舞或靜態停棲時,如果也要描述出所看到的顏色時,有一部份的昆蟲是很難明確描述出其顏色,這一類的昆蟲通常會被冠上絢爛、彩豔、五彩或彩虹等字樣。

 

難道是真的很難描述出昆蟲的顏色嗎?靜心仔細觀察,還真的不容易。只要稍稍換個角度觀察,無論是觀察者自己換角度,還是這些昆蟲換角度,每次觀察到的顏色竟然都不盡相同。是光影反射?還是自己眼睛昏花呢?還是這些昆蟲真的可以主張自己的顏色呢?

 

要瞭解這這些絢爛顏色的成因,首先要先瞭解我們看到顏色的成因。光線其實是以波動方式前行,當光線進入我們人類眼睛,能被我們看見的光,就被我們稱之為「可見光」,其波長大約介於400奈米至700奈米之間(nm=nano meter,就是奈米,1奈米=10-9公尺,也就是0.000000001公尺)。這當中可再細分為紅澄黃綠藍靛紫不同顏色的光,每種色光波長都不相同。紅光波長接近700奈米,紫光波長接近400奈米。因此在日常生活中,我們能分辨出不同顏色來,是因為眼睛可以分辨出各種不同波長的光,也因此可以看到這個彩色的世界。

 

因此依據光線顏色成因,我們看到虹霓的顏色,是因為透過水珠的折射與反射,而將紅澄黃綠藍靛紫不同波長的光分開來。在日常生活中,我們看到的顏色,皆是因為這些物品反射出這些顏色的波長,紅色的衣服反射紅光波長,藍色筆桿反射藍光波長。且這些物品反射呈現的顏色波長不會改變,因此我們每次看到的顏色也不會改變。

照這樣來說,昆蟲的顏色會改變,難不成說昆蟲有能力改變光線反射的波長?在它們振翅、轉頭、抬眼之間,就將光線反射的波長改變,導致我們每次都看到不一樣的顏色嗎?原因的確也是如此。昆蟲的顏色可分為色素色與結構色,色素色固定不變,但結構色會隨之改變。在昆蟲的鱗片或翅鞘具有特殊的微結構,而這些微結構具有週期性排列與多層的結構。因此當光線進入這些微結構陣列後,會產生光線的折射、繞射、干涉等現象,使得光線的波長產生改變。因此當光線反射出來進入我們眼睛時,並不是我們的錯覺,而是顏色的確改變了。所以也可以說,這些昆蟲可以自己主張自己的顏色。

 

具有這樣微結構的生物其實還不少,比如孔雀、一部份的蝴蝶、吉丁蟲、金龜子等都具有改變光線反射波長的微結構。這些生物是長期自然演化下,為了躲避敵人、為了尋找配偶、為了繁衍下一代等等原因,進而演化出這樣的微結構。近代學者透過高倍率電子顯微鏡研究這些生物表面微結構時,發現這些生物的表面微結構竟然與目前全力發展的光子晶體結構不謀而合。換句話說,人類科技經過不斷突破,目前面臨發展瓶頸的光子晶體,竟然在這些生物身上看到了。而人類科技必須經過千億元設備,在高溫(或低溫)、高壓(或真空)情形下製作出來的材料,這些生物竟然就以常溫常壓下大量生產,並且還帶著四處跑。也因此,這些昆蟲不僅只是自己主張顏色,還引領著人類科技向前呢!(本文由科技部補助「工程技術與社會風險之新媒體溝通」執行團隊撰稿)

 
責任編輯:楊斯嵐|南臺科技大學資訊傳播系