科学家最近从蓝翅叶鹎翅膀上幻彩的蓝色获得灵感，发现了一种利用纳米材料自行组合制造光电材料的全新方法，在生产光纤、光伏电池和燃料电池上都有重要的用途。
蓝翅叶鹎是一种小型鸟类，生活在南亚和东南亚地区，翅膀的羽毛上有着具有幻彩效果的亮蓝色。多数动物体内并没有合成色素的机制，身上的颜色很多是从食物中获得，比如很多鸟类羽毛上的红色和黄色，是来自食物中的类胡萝卜素。
可是蓝色在食物中不多见，科学家好奇一些鸟类羽毛上蓝色的来源。以前研究发现有一种“结构性颜色”，意即由于材料微观下的表面结构细致到纳米的尺度，和光波的波长具有可比性，导致只有特定波长的光波才能通过，从而呈现特定的颜色。
科学家发现结构性颜色对材料的要求不高，只要有一定透明度都可行，而且由于材料的表面和底面反射光线的差异，还会造成一种幻彩的效果，也就是从不同角度看上去，颜色深浅将出现变化。
这份由耶鲁-新加坡国立大学学院（Yale-NUS College）的萨拉纳坦（Vinod Kumar Saranathan）引领完成的研究发现，蓝翅叶鹎羽毛上的蓝色就是这种结构性颜色。科学家对这种结构性颜色背后的机制还没有完全了解，但是意识到这对材料科学具有重要的借鉴意义。
研究人员把这种鸟类羽毛上的蓝色颗粒利用美国阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）内先进的X光设备照射，发现微观下这些颗粒是一种结构复杂的三维晶体——具有一种螺旋曲面（gyroid）结构，在可见光光谱内产生这种颜色。
螺旋曲面结构的表面就像一个个马鞍的形状按照一定规律拼接在一起。根据组合方式的差异，常见的有双螺旋曲面（double gyroid）和单螺旋曲面（single gyroid）结构。蓝翅叶鹎羽毛上的展示蓝色效果的结构是后者，而且这些纳米粒子通过自我组合的机制形成这种特殊的表面结构。
萨拉纳坦说：“现代工业还无法生产作用于可见光波段的、又能够自行组合起来的单螺旋曲面光子晶体，这个过程就像是很多纳米尺寸的化学小积木块，可以自行组合在一起成为这种晶体结构。现在可以造出较大的晶体，然后用热缩的方法让它们作用于可见光波段，但是目前这种技术只能造出小规模的材料，而且总有瑕疵。”
“这份研究我们第一次发现自然界中这种自行组合形成的单螺旋曲面光子晶体，是一项非常重要的发现。”萨拉纳坦继续说到，“了解鸟类怎样合成这种奇异的结构，将激发我们的创造力，用环保的仿生材料用自组合的方法，大规模地制造这类光学材料。”
研究组表示，这种材料的光电性能是现代技术很需要的特性，是制造光伏太阳能电池、光纤的理想材料，还可以用于提升燃料电池的效能。
这份研究6月8日发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。◇
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来源：大纪元记者张妮编译报导
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