从自然界中的实例来看,能够形成结构色效果的纳米结构种类非常丰富。首先是单层纳米薄膜,五颜六色的肥皂泡就是由单层薄膜形成,光线在薄膜的上下表面分别发生反射,随即出现干涉效果。
除了单层,多层薄膜结构同样有效,贝壳和甲虫呈现的绚丽光泽分别来自于碳酸钙和几丁质的层叠构造,热带鱼类身上常有的亮银色装饰条带则是由皮肤表层细胞质中鸟嘌呤结晶形成的多层构造反射而来。
蛱蝶以及CD碟片和虹彩巧克力等人工制品的结构色主要依靠表面的纳米级沟槽形成。这些沟槽的深度大约在数十到数百纳米间,相互间隔也在类似量级。光线入射时,射到沟槽顶部和底部的光线间就将产生光程差,从而满足发生干涉的条件(具体解析可以参考高中物理课本)。
除了薄膜和沟槽,密集的球状结构同样有类似的效果。例如欧泊中含有无数密集排列的纳米级硅酸盐晶体,它们对光线的干涉就形成了宝石的美丽色泽。人工光子晶体依据的原理也与之相似,晶体内部无数的细微子晶最终在宏观上表现出对光线的区别反射,形成五彩斑斓的外观。
彩蛋:虹彩巧克力完全制作攻略
通过上面的原理介绍,我们明白了虹彩巧克力色彩的秘诀在于它表面细微的纳米级沟槽。虽然听起来很高大上,但其实我们在生活中也能做到,只需要一片贴哪哪闪亮的全息虹彩魔术贴,就能解决纳米沟槽的问题。
全息贴纸恐怕是人类对结构光现象最成功的直接应用了,它的原理非常简单,常见的全息贴纸一般由三层薄膜构成,从表面向下,分别是树脂保护层、纳米沟槽加工层和粘胶层。作为核心的纳米沟槽加工层通常是用易于加工出纳米沟槽的高反射率材料制成,比如铝箔。在铝箔表面挖出沟槽的具体方式也有很多种,激光和电子束都可以在很短的时间内绘出高精度纳米沟槽。当然,这肯定无法在家操作了。
全息虹彩贴纸结构示意图,作者自制
全息贴纸有很多种类,不少应用在防伪领域的全息贴纸同时还结合了全息影像技术,具有极高的印刷精度,令伪造变得非常困难,也因此广泛地出现在货币、信用卡和贵重商品的包装上。我们制造虹彩巧克力时用不着使用这么高档的全息贴纸,小朋友们的玩具就足以提供丰富的图案供我们选择。
首先,我们需要将图案表面的保护膜剥离出来,再将其作为模具给巧克力转印图案。直接撕下保护膜显然不是好办法,撕取过程中,纤细的沟槽结构会遭到破坏,印制出的图案效果也将大打折扣。我们的解决方案是先把保护膜表面用胶水固定在玻璃板