引子

　　各位看官，小編今天出一道競猜題，請問上圖歐波同LOGO是用什么材料做成的?小編聲明在先，猜對沒獎。

　　前期回顧

　　書歸正傳，前兩期內容我們通過顯微分析技術，探索了2009版的美元防偽藍條和我們的糧食——大米的微觀結構，本期我們的題目是【‘蝶’影重重】。

　　序言

　　還記得我們第三期節(jié)目中美元防偽藍條么?那一期我們通過顯微分析美元MOTION安全線解開了微透鏡陣列成像技術之謎。小編覺得呢，人不能只為money活著，還要有詩和遠方，春天到了，沒事多出去走走，看看這美麗多彩的世間萬物，比如說——蝴蝶。

　　蝶兒為什么這樣‘炫’?

　　先來看看小編的這只蝴蝶標本吧

　　剪取翅膀黃色和綠色部分，置于偏光顯微鏡和掃描電鏡內觀察，結果如下：

　　偏光顯微鏡下，我們的蝴蝶翅膀上可以看到綠色翅膀部分有好多鱗片緊密排列，而鱗片上還有微細的結構，是不是還有更小的結構呢?這些細小結構對發(fā)光有沒有影響呢?

　　我們隨后用ZEISS場發(fā)射掃描電鏡進行超低電壓觀察(原因是蝴蝶翅膀不導電、怕輻照、觀察原始形貌又不能噴金)

　　掃描電鏡下圖像

　　圖A中可以發(fā)現蝴蝶翅膀上鱗片鱗次櫛比，且有分層，上層鱗片局部放大(圖B、圖C)清楚可見鱗片上有很多脊脈和微小凹坑。

　　黃色部分微細結構明顯與綠色的結構不同，排列緊密呈條紋狀的脊脈(圖B、圖C)。這些結構難道就是蝶兒這么“炫”的原因?

　　原理解析

　　其實呢，自然界生物的色彩原理有科學家研究過，有興趣的朋友可以自行度娘或Google。對于蝴蝶來說，它身上斑斕的色彩來源于鱗片內含有的色素和鱗片的這些細微結構，稱之為鱗片的化學色和結構色，色素色彩的變化主要來源于對不同頻率光的吸收，而結構性色彩，其原理是利用周期性結構，即光子晶體，對光的反射、透射等進行調控。

　　所謂化學色，也叫色素色是指鱗片由于含有不同的色素而顯現出不同的顏色。蝴蝶翅膀的色素一般有黑色素(melanins)，黃酮類物質(flavonoids)，蝶呤(pterins)和眼色素(ommochromes)等四種。比如，蝶呤可以增強光線在單個鱗片里的反射，因而蝶呤含量高的鱗片會表現艷麗的色彩;而黑色素是高分子聚合物，會同時吸收UV和可見光，一般表現為蝴蝶翅膀斑斕花紋底下默默付出的黑色和深棕色的背景。每片鱗片都是由一個表皮細胞產生的，有自己獨特的顏色，各色的鱗片們像瓦片一樣彼此重疊，拼湊出眼點，條紋和漸變色等等圖案(見下圖)。

　　結構色是鱗片表面的微觀物理結構產生的。這些微觀結構，比如鱗片內的多層片狀薄膜(也叫肋狀結構，肋片)，使光波發(fā)生干涉、衍射和散射而產生了比化學色更加絢麗的顏色。這些色彩可以因不同視距、視角等因素而變化，泛著金屬般的光澤，又稱為彩虹色。幾乎沒有蝴蝶不具有結構色，尤其是閃蝶科和鳳蝶科的蝴蝶。比如這只來自印尼的愛神鳳蝶(見下圖)。

　　這種現象原理是什么呢?我們都知道，光從一種介質進入到另一種介質，會同時發(fā)生光的反射和折射。如果一束自然光(白光)進入一個厚度為d的薄膜，會在薄膜的上表面發(fā)生一次反射，同時折射進入薄膜。由于白光是由各色光組成的，各色光的折射角不一樣，第一次折射就將赤橙黃綠青藍紫不同波長的光分離出來了。這些不同波長的光再遇到薄膜的下表面，又會發(fā)生一次反射和折射，若存在多個薄膜則依次類推。這樣，各色光線的第二次反射光線，和它們的第一次反射光線，頻率相同，傳播方向相同，具有了干涉的基本條件。而當同樣波長的光發(fā)生相長干涉時，所產生的光亮度則是色素發(fā)光沒法兒比的。

　　【上圖：白光遇到薄膜時發(fā)生的折射和反射。下圖：當兩列相干光波相遇時，如果位相差異為波長的整數倍，那么它們的波峰會和波峰相遇，波谷會和波谷相遇，光波的振幅變大，亮度提高，這種現象叫做相長干涉(constructive interference)。圖片來自HowStuffWorks】

　　后記

　　總之，鱗片的化學色構成蝴蝶靜態(tài)的美麗花紋，而結構色，則賦予靜止花紋以生命，讓它隨著光線發(fā)生動態(tài)的變化。正是這兩種色彩的水乳交融，讓自然界造就出那么多色彩斑斕的蝴蝶。

　　剛開始的無獎問答大家想必有答案了吧?對!是蝴蝶翅膀!

　　下期有什么精彩內容呢?敬請期待吧!