Почему синий — самый яркий структурный цвет в природе
В мире природы есть два основных способа формирования цвета, с помощью которых привычные нам оттенки приобретают все представители флоры и фауны, от птиц с нарядным оперением до фруктов с яркой кожурой. Первый способ связан с со способностью некоторых молекул избирательно поглощать, отражать или излучать свет с определенной длиной волны. Биологические молекулы с такими свойствами называют пигментами.
Второй способ формирования цвета — структурный. Цвет, образованный таким способом, зависит не от химических свойств молекул, а от структуры поверхностей, на которые падает свет от источника. Другое название структурного способа формирования цвета — иридисценция, или иризация. Больше о структурной окраске можно почитать здесь.
Теперь ученые разработали компьютерную модель, которая объясняет, почему самые яркие структурные цвета в природе почти всегда являются синими и зелеными: все потому, что это является пределом структурного цвета в видимом спектре света.
Оттенки и яркость структурно определяемого цвета могут меняться при изменении угла, под которым наблюдатель находится к объекту. Например, на павлиньих перьях цвет может переливаться между разными цветовыми оттенками под разными углами и при разном освещении. Это происходит за счет упорядоченных кристаллических структур.
В других случаях мы получим «матовый» (изотропный) цвет, который не меняется из-за неупорядоченных структур; в природе это наблюдается только при получении синих и зеленых оттенков. Суть нового исследования заключалась в том, чтобы увидеть, могут ли в природе образовываться другие структурные цвета.
Новая компьютерная модель, основанная на искусственных фотонных кристаллах, показывает, что красный действительно выходит за рамки методов рассеяния структурных цветов: длинноволновая область его видимого спектра не может быть легко отражена с помощью техники этих микроскопических поверхностных структур.
Должно быть, поэтому яркие красные тона производятся с использованием природных пигментов, а не структурного цвета. Команда считает, что эволюция природы привела к появлению различных способов получения красных цветов из-за ограничений структур, лежащих в их основе.
Узнав больше о том, как создаются изотропные структурные цвета, мы приблизимся к производству красок без пигментов и красителей, а это — значительный шаг вперед в создании экологически чистых красок и покрытий, которые не выцветают со временем и не выделяют токсичных химикатов.
Однако до этого еще далеко, и похоже, что для красного и оранжевого цветов потребуется другой подход — другие виды наноструктур, которые смогут справиться с этой задачей после того, как будет проведено более детальное исследование. Но пока материаловеды сталкиваются с теми же проблемами, что и мир природы.
«Когда мы пытались искусственно воссоздать матовый структурный цвет для красных или оранжевых тонов, мы получаем некачественный результат как с точки зрения насыщенности, так и чистоты цвета», — заключает химик Лукас Шертель из Кембриджского университета.
Почитайте о том, как устроено зрение разных животных и как они различают цвета.
