一、顔色
在生物系統中，有兩種主要的顔色來源，顔料和結構顔色。
對于結構顔色，也許生活中最常見的例子是圓盤：從不同的角度，我們可以看到不同的顔色。這種顔色随視角而變化，稱為彩虹色。通過将CD光牒放在顯微鏡下，我們可以看到CD光牒表面上規則排列的微小結構，這是CD光牒上記錄的資料。正是由于這些微小的結構，才産生了圓盤的結構顔色。
但并非所有結構顔色都是彩虹色。例如，東方藍鲱魚的藍色羽毛的顔色也來自結構顔色，但不會随觀察角度而變化。這種藍色是由不規則的微觀結構引起的光散射引起的。
形成結構顔色的四種方式：
結構色彩産生的第一個機理是光的單層膜幹涉，生活中常見的例子是水面上油膜的顔色。不同顔色的光在不同的入射角下，不同厚度的油膜幹涉，産生豐富的油膜色彩。
生産結構顔色的第二種機制是光線幹擾多層薄膜，這些薄膜由具有不同折射率的兩種物質交替疊加。
第三種結構顔色是由光子晶體引起的，光子晶體是由具有不同折射率的兩種物質的周期性排列形成的微觀結構。例如，孔雀羽毛的結構顔色來自羽毛内部的光子晶體結構
第四種結構顔色是由光栅衍射引起的，光栅結構通常通過雷射直接寫入，全息幹涉，離子/電子束光刻，數控加工（CNC）等方法制備。光栅線間距通常在幾微米甚至幾百納米，通過調節光栅周期、角度、深度、折射率、占空比等參數，實作光的衍射、散射形成結構色。
二、結構色彩現狀的應用
1、複旦大學材料科學系智能顯示結構彩膜材料吳立民教授團隊将幾微米到十幾微米直徑的高分子膠體微球，組裝成單層微球陣列粘接層上的普通透明高分子膠帶，首次研制出一種智能響應結構的彩色膜材料，具有反反射和角色角恒定的色彩， 并揭示了其智能響應結構顔色形成機制。
這種防反射結構彩色膜可以應用于夜間交通反複出現的光标或廣告牌，因為燈光的方向和駕駛員的視角是同軸的，駕駛員從遠處到近處都能觀察到同源的、明亮的反光色，而路邊行人則因為視角和照明方向的不同軸， 由于車輛從遠處和近處都能觀察到反光色的變化，如下圖所示，進而有效提醒行人（尤其是戴耳機或聽障人士）主動避開車輛後方，避免交通事故。薄膜或塗層還支援其他智能交通顯示功能，例如具有互動式變色和閃爍的交通信号标志。
圖 1.由反光結構彩色膠片準備的夜間道路上交通重标的應用圖，以及車輛行人視角（B-D）行人視圖和（E-G）駕駛員視角在距離标志L不同距離的照片。
圖 2.當駕駛員的視野和（E-H）行人的視野發生變化時，駕駛車輛距離80米和附近，距離40米，15米和10米（A-D）。
這種新穎的光學現象的原因是聚合物膠體微球和透明膠帶形成基于氣墊微球/聚合物的獨特雙層微觀結構，當白光束從薄膜微球側入射時，光線會落入微球部分和微落部分的半球界面，分别産生薄膜幹涉和完全内反射效應， 進而達到智能結構色彩生成和防反射的效果。通過調整微球的粒徑，可以控制空氣層的厚度，進而産生不同顔色的結構顔色。
2、紡織品結構顔色結構彩色紡織品，因為沒有顔料或染料參與着色過程，沒有褪色現象，不需要花費大量的水資源來沖洗，同時也避免了富含顔料、染料和印染助劑造成的資源浪費， 為生态綠色污染修複提供了新的思路。
湖北大學的王世民教授和武漢紡織大學的徐偉林教授開發了一種有效且易于操作的碳纖維織物着色方法，該方法不僅顔色可調，而且具有優異的耐水洗性。該研究已發表在材料科學領域領先的國際期刊ACSNano上。
與傳統着色劑相比，這些完全由結構賦予紡織品顔色的方法，具有顔色水不褪色和環保的優點，可用作新型着色劑，在紡織染整、塗布、印花等方面具有非常廣泛的應用，這對實作綠色健康生活具有重要意義。外部環境因素，如酸度、濕度、溫度、應力等，會對結構色紡織品的特殊周期性實體結構産生一定的調節作用，進而随着外部環境因素的變化而産生不同顔色的結構顔色。這種利用外部環境因素的變化動态調節可見光範圍内顔色的技術，為傳感器濕度、溫度、酸度檢測裝置的發展提供了一種新的思維方式。此外，光散射對結構顔色的影響以及結構顔色對視角的依賴性也可用于為隐形材料的制備提供新的思維方式，例如基于光子晶體結構的結構彩色纖維可以用作鈔票真僞标記。
3、油滴結構顔色
美國賓夕法尼亞州立大學的研究人員在研究一種特殊類型的油滴時發現了新的結構顔色機制。他們将兩種彼此不溶的不溶性有機液體分散到水中，形成一個不均勻的油球，在液滴中兩種有機物的交界處形成彎曲的液體表面。然後他們發現，本應是無色液滴的邊緣在光線下顔色鮮豔。研究人員通過實驗和理論模拟确定了顔色的原因：由于油滴上方密度較低的液體折射率高于下面密度較高的液體，是以當光線從上到下照射到油滴中時，在兩種液體之間的界面處發生完全反射，即入射光全部反射并且不折射到另一種媒體中。由于表面的存在，經過多次充分的反射，照射到液滴不同部位的光會光範圍較差，進而造成幹擾，進而導緻油滴呈現出特定的顔色。
油滴的結構顔色。圖中的标尺為100微米（大）和2厘米（小）
研究人員進一步發現，當改變液滴中兩種液體交界處的表面形狀時，液滴的結構顔色也會發生變化，這使得新的顯示技術成為可能。例如，他們在水中添加了一種特殊的表面活性劑，其化學結構在紫外線輻射下發生變化，這反過來又進一步影響了液滴中的表面形狀。如果您選擇性地照射液體的某些區域，則可以獲得兩種不同的顔色來呈現特定的圖案。
改變油滴中液面的形狀會改變油滴的結構顔色，進而在液面上呈現出一定的圖案。标尺為2厘米（中心）和50微米（右）
4.南京大學的徐婷教授和陸彥清教授，他們是密碼資訊，帶領他們的團隊，與國家标準技術研究院的研究人員合作，完成了使用自然光結構顔色進行繪畫的實驗，他們以極高的精度重新出現了17世紀荷蘭藝術家Jan Vermeer的傳記畫"戴珍珠耳環的女孩"。
這幅"畫"的實際尺寸隻有一毫米左右，需要顯微鏡觀察細節，另外，"畫"沒有使用任何顔料，隻依靠微觀結構材料折射光變換，為整幅畫準确畫出色彩，并首次實作光色明暗過渡控制， 使整幅畫看起來更加立體。
首先，研究人員說，這是一種通過控制不同波長輸出和光的投影轉換來存儲加密資訊的特殊方法，将圖像或文本存儲在玻璃闆上，并且由于每個像素都是納米級的，是以可以保留資訊。
其次，實驗需要通過特殊的偏振濾光片進行調整，以顯示清晰美觀的畫面，如果将這種濾光片去掉，呈現的圖案就完全不同了，而且由于這種微納結構的原始設計和生産相當複雜，很難模仿，在一定程度上，該技術可用于做高價值物品的防僞， 對某些物品進行編碼的圖像和文字，這種"防僞"标志隻有通過一些特殊手段，才能看到它的真實面貌。
5、微結構彩色包裝（無油墨印刷，微納質感）任何一種産品都離不開包裝，任何一種包裝也離不開印刷，而過度印刷往往具有綠色環保，有的甚至有害。例如：印刷油墨常使用乙醇、甲苯、二甲苯等有機溶劑。上述大部分有機溶劑幹燥後會排放到空氣中，污染環境，殘留的部分也會對消費者的人體造成傷害。特别是油墨面積較大，油墨層較厚，其殘留溶劑較多，在使用過程中釋放的有毒物質污染空氣，危害人們的健康。
無墨印刷認為，采用環保材料、工藝，簡化工藝，減少環境污染，降低制造成本，是目前需求量最大的。
無墨印刷是一種基于表面微觀結構的反射、折射、衍射、散射等現象，用來表達圖像文字的顔色、對比度、動态、三維等資訊，即上面提到的結構顔色。這種微觀結構在玻璃，塑膠甚至金屬闆上進行，并且可以局部或整體取代傳統的油墨印刷工藝。它不僅具有技術、時尚、環保、低成本等優點，而且可以使質地更加細膩、豐富、靈活。這不僅是技術上的突破，更重要的是觀念的改變。
無油墨印刷藥袋
無墨水馬卡酒袋
無墨水電子煙包
無墨列印香煙包
蘇州印模科技将環保、時尚、防僞完美融合，摒棄了那種過分強調産品設計上豐富的彩妝印花，以更負責任的态度和方法打造一種新型的包裝印刷形式，以更簡單、持久的造型使産品盡可能長久地延長其使用壽命， 同時傳達綠色、人文理念的精神，為環保印刷包裝，為確定消費者安全做出自己的貢獻。
三、關于結構色彩的未來
結構色彩的應用遠不止于此，作為一種颠覆性的顯色技術，結構色彩具有獨特性，使其在印刷、展示、噴塗、防僞等領域迎來廣闊的應用前景，在國防和軍事領域，其應用潛力巨大。
使用獨特的色彩原理來推動軍事技術變革，如隐身和僞裝。結構色彩是一種可以通過光波（即電磁波）精細控制的色彩表現形式，通過調節電磁波頻率（波長）、振幅、偏振的性質，在隐身、僞裝、3D成像、頭盔展示、人工智能、虛拟增強和虛拟現實、光學資訊處理等方面可以顯示出重要的軍事價值。 自旋和軌道角動量。國外的一家研究機構可以通過改變染料中納米顆粒的間距，使其僅吸收或散射某些顔色的光，進而在雷達甚至紅外探測中實作隐身效果。這項被稱為"光子染料"的新技術，如果廣泛應用于軍事裝備噴塗，将帶來軍事隐身、僞裝等技術變革，進而大大提高軍事裝備自身的防護能力和軍事隐蔽性。
通過結構的精細設計，開發出可穿戴智能裝置。結構顔色通常屬于多層微孔結構，通過精細設計，這種特殊的結構允許液體或氣體流入，并使其實作内部循環，使裝置在不同的溫度、濕度條件下，仍然具有優良的絕緣性和透氣性。同時，可以在軍裝和迷彩材料的表面上引入周期性的疏水或憎油顆粒，以制造出兼具迷彩和防水和防油功能的功能性服裝。
源：
1、朱曉偉，闫鐵嶺，"結構有色紡織品研究進展"，《紡織科學與工程學報》，第37卷，第4期（共138号）;
2、《科學家開發新型智能顯示結構彩膜材料》中國科學期刊社;
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