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來源：互聯網

結構色（Structural colours），又稱物理色（Physical colour），這是由于昆蟲體壁上有極薄的蠟層、刻點、溝縫或鱗片等細微結構，使光波發生折射、反射或干擾而產生的各種顏色。如甲蟲體壁表面的金屬光澤和閃光等，是永久不褪的，也不能為化學藥品或熱水處理而消失。

結構色在工業、商業和軍事應用方面具有潛力，仿生表面可以提供鮮艷的顏色、自適應偽裝、高效光學開關和低反射率玻璃等。

結構著色最早由英國科學家羅伯特·胡克（Robert Hooke ）和艾薩克·牛頓（Isaac Newton）觀察到，其原理波干涉在一個世紀后由托馬斯·楊（Thomas Young）解釋。

簡史

在17世紀中葉，艾薩克·牛頓（Isaac Newton）在實驗室里觀察到陽光透過三棱鏡產生彩色光譜，這一發現揭示了自然界色彩與光的關系。隨后，艾薩克·牛頓和羅伯特·胡克（Robert Hooke ）利用顯微鏡研究孔雀羽毛的顏色，發現除了色素外，羽毛的結構也對反射光的顏色有重要影響。

兩個普通的獨立光源照射在同一空間區域(如屏幕)時，強度將是簡單的相加，這種現象是屢見不鮮的。但在一定條件下，在兩束光重疊區域內不是簡單的疊加而是有的加強有的削弱，即呈現亮暗相間的條紋，這就是光的干涉現象。

光的干涉在牛頓時代已觀察到(牛頓環)，但首先用實驗實現光的干涉是托馬斯·楊。托馬斯·楊實驗在光學發展史上具有極其重要的地位，它是歷史上以光的干涉現象揭示光的波動性的第一個實驗，它是由英國醫生、物理學家托馬斯·楊在1801年完成的。托馬斯·楊用惠更斯原理和波的疊加原理完美地解釋了他的實驗結果，第一次測定了光波波長。

到了19世紀末，英國動物學弗蘭克首次完整解釋了不同動物色彩的形成原理。他指出，動物的顏色要么來源于皮膚中的色素，要么是由光線的散射、衍射或不均勻折射等光學效應引起的，前者稱為色素色，后者稱為結構色。

在19世紀末，法國物理學家加布里埃爾·李普曼應用結構色原理發明了彩色照相干涉法。這種創新的攝影技術可以在黑白照片上還原物體真實的顏色，而無需使用染料。李普曼的發現基于干涉現象，并于1908年因此獲得諾貝爾物理學獎。

特點與應用

與傳統色素色相比，結構色獨特的成色原理，使它具有與眾不同的神奇特性，主要體現在以下方面：

色彩鮮艷、飽和度高。

結構色在顏色顯示方面具有顯著的優勢。通過控制材料表面的結構，可以實現對特定顏色的選擇性散射。與傳統的基于三原色混合的假彩色不同，結構色能夠散射出真實、高純度的顏色。

清潔環保，永不褪色。

結構色的生產過程涉及對原材料進行微觀尺度上的加工。常見的制造技術包括電子束光刻法、磁控濺射射頻法、真空納米蒸鍍法、溶液涂布法和物理沉積法等。這些加工方法摒棄了傳統的染缸或涂料上色方式，并改良了原材料的性質，使結構色具有更強的耐久性，能夠應對強光輻照和酸堿腐蝕等惡劣環境條件。利用結構色加工的表面能夠長時間保持原有的光澤，并且生產過程大幅減少了化學漆料對環境和人體的潛在危害。

顏色可控，偏振可調。

結構色與化學染料有著不同的特點。結構色通過微小表面結構對光束的影響來實現不同顏色的顯示，而不是像化學染料那樣通過上色即定型。微小單元在結構色中可以通過外力形變、機電控制等方法調節散射光波，尤其是周期排列的微小結構單元還能夠調控光場的偏振，使散射的光子按照特定方式振動，形成具有獨特"光學指紋"的材料。這種神奇特性為光學防偽、三維成像等技術提供了新的可能性。

軍事應用潛力無限

結構色具有廣闊的應用前景，在印刷、顯示、噴涂、防偽等領域發揮重要作用。在國防和軍事領域，結構色的潛力被認為是無限的。

通過微小表面結構對光束的控制，結構色可以實現不同顏色的呈現，并具有靈活調控散射光波的能力。這種特性使得結構色在軍事技術方面有著潛在的變革作用，如推動隱身和偽裝技術的發展。通過調節光波的頻率、振幅、偏振等參數，結構色在隱身、偽裝、三維成像、頭盔式顯示、人工智能、虛擬增強與虛擬現實、光信息處理等方面具備重要的軍事價值。例如，一種稱為"光子染料"的新型技術利用納米顆粒之間的距離調整來實現雷達和紅外隱身效果。如果將該技術廣泛應用于軍事裝備噴涂，將大大提高裝備的自身防護能力和行動的隱蔽性。

結構色的精細設計也有助于研制戰場可穿戴裝備。多層微孔結構的特性使得液體或氣體能夠流入并實現內部循環，從而在不同溫度和濕度條件下保持優良的保溫和透氣性能。此外，在軍服和偽裝材料表面引入周期性疏水或疏油顆粒，則可以創造出既具備偽裝能力又具備防水防油功能的服飾。這種技術已經在"納米生色"領域得到應用，實現了獨特的漸變色、角度色、雙面色、金屬色等色彩，并具備防水、抗菌、防曬、抗氧化、耐酸堿和導電屏蔽功能。此外，這種特性還可應用于醫用可穿戴檢測設備的制造，實現對戰場人員生理狀態的實時監控等。

運用結構色的高亮度、高飽和度和可控偏振特性，可以發展全息彩印防偽技術，提高證件防偽性能，保護身份信息安全。近期報道中提到的新加坡研究團隊利用結構色原理設計了不同高度的納米桿，實現了在白光下的彩色圖像顯示。與傳統油墨印刷相比，這種全息彩印技術具備了超高印刷分辨率和長期穩定性等優勢。此外，在激光照射下，這種印刷材料還可以在遠處的屏幕上投射出設定好的圖像。這種技術可以應用于身份信息保護、涉密證件防偽等軍事安全領域，并有著廣闊的應用前景。

研究前景

由于結構色具有不褪色、環保和虹彩效應等優點，在顯示、裝飾、防偽等領域具有廣闊的應用前景。對自然界中生物的結構色形成機理及其應用進行研究，可以促進仿生結構色加工和微納米光學技術的發展。

不同領域

結構色因其與微結構間復雜關系，在各個研究領域中引起廣泛關注。對微結構進行準確描述和光學特性分析是一個不斷發展和完善的過程。例如，鳳蝶科屬于P.P.Fabricius和 P.lorquinianus鱗翅由上下兩層鱗片組成，其中結構色主要由上層鱗片產生。而附著在上層鱗片上的脊型結構對結構顏色基本上沒有影響。鱗片上的凹坑形狀會對顏色產生影響，隨著深度逐漸減小，顏色的主要波長向長波方向移動，同時亮度逐漸增大。當鱗片表面沒有凹坑時，亮度最大化。