Strukturfarbe
Dieser Artikel ist ein Überblick über das Gebiet der Farben , Physik und Biologie .
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Eine Strukturfarbe ist eine Färbung durch erzeugte Interferenz auf Strukturen einer Dimension der Nähe der Wellenlänge von sichtbarem Licht , wie es für gewöhnliche Farben gegenüber , deren Ursache ist die Absorption , bei der molekularen Ebene , des Lichtes. ‚Teil der elektromagnetischen Strahlung durch die Farbstoffe .
Strukturfarben sind zwar seltener als Pigmentfarben, aber in der Natur reichlich vorhanden. Mehrere Tierarten produzieren es, von den Federn des Pfaus oder der Stockente bis zur Iris der hellen Augen .
Prinzip
Wenn die Struktur eines Körpers einen regelmäßigen Wechsel von Teilen aufweist, die Licht reflektieren oder durchlassen, und anderen, die es absorbieren , mit einer Ortsfrequenz in der gleichen Größenordnung wie die Wellenlänge des Lichts (1 bis 10 µm ), bildet es ein Beugungsgitter gr in der Lage, Licht in monochromatische Komponenten zu zerlegen , deren Farbe je nach Richtung variiert.
Die halbreflektierenden Schichten gleicher Abmessung führen zum gleichen Phänomen. Wenn diese Schichten mikroskopische Reliefs enthalten, können sie Spiegel darstellen, die eine bevorzugte Wellenlänge reflektieren.
Die Strukturfarben im Pflanzen- und Tierbereich, recht häufig, aber viel seltener als die Pigmentfarben, können aus einer komplexeren Anordnung dieser elementaren Strukturen resultieren, die ein schillerndes Aussehen erzeugen . Als Schemochrome werden chromatophore Zellen bezeichnet, die der Haut von Tieren durch die Einwirkung von Strukturen ihre Farbe verleihen .
Historisch
Der englische Gelehrte Robert Hooke untersuchte als erster die Farbe von Pfauenfedern. Bei der Untersuchung einer Probe unter dem Mikroskop bemerkt er die Aufteilung von Teilen der Federn in kleine Stücke, die Farbabweichung je nach Beobachtungsrichtung und ihr Verschwinden, wenn die Feder in Wasser getaucht wird. Isaac Newton bezieht diese Beobachtungen mit Beugung in seinen Opticks .
Ein Jahrhundert später führt Thomas Young das Schillern auf die Interferenz zwischen den Reflexionen von zwei (oder mehr) dünnen Schichten in Kombination mit der Lichtbrechung beim Durchgang durch diese Filme zurück. Die Geometrie bestimmt, dass sich in einigen Winkeln die von den beiden Oberflächen reflektierten Strahlen addieren ( konstruktiv interferieren ), während sich die Strahlen in anderen Winkeln aufheben. So erscheinen unterschiedliche Farben in unterschiedlichen Winkeln.
Beispiele
Structural blaue Farbe wird durch erstellt Bragg - Reflexion von Mikrofibrillen von Cellulose gestapelt Spirale in den Zellwänden (zB Blätter Sélaginelles , marmoriert Beeren Pollia condensata , die am meisten brilliant blue aller lebenden Geweben produzieren). Es entsteht auch aus der Stapelung von Thylakoidmembranen von Chloroplasten in den Blättern (Beispiele: Phyllagathis (es) , Begonia ). Das Schillern der Blütenblätter bestimmter Hibiskus kommt von den Oberflächen-Nanostrukturen, die die Wirkung eines optischen Beugungsgitters auf das Licht haben.
Im Tierreich, wie in der Iris , auf Vogelfedern und Schmetterlingsflügeln wird Licht durch eine Reihe von Lichtspielen ( photonische Mechanismen ) durcheinandergebracht , darunter Beugungsgitter , selektive Spiegel, photonische Kristalle , Kristallfasern, Anordnungen von Nanokanälen und Proteine variable Konfiguration. Ein Großteil dieser winzigen Merkmale entspricht kunstvollen Strukturen, die unter dem Elektronenmikroskop sichtbar sind . Somit ist der Pfauenschwanz Federn sind mit braunen Pigmenten gefärbt, aber ihre winzige Struktur macht sie blau, türkis und grün, oft mit einer schillernden Luft.
Anwendungen
Die Lippmann-Platte produzierte ohne Farbstoffbilder.
Strukturfarben haben eine Zukunft in der industriellen, kommerziellen und militärischen Anwendungen, mit biomimetischen ( naturähnliche ) Oberflächen , dass brillante Farben liefern könnte, anpassungsfähige Tarnung, effiziente optische Schalter, und reflexionsarmen Glas.
Anhänge
Literaturverzeichnis
Zum Thema passende Artikel
Externe Links
Hinweise und Referenzen
- (fr) Dieser Artikel ist teilweise oder vollständig aus dem Wikipedia - Artikel in genommen englischen Titeln „ Strukturfärbung “ ( siehe die Liste der Autoren ) .
- " Tierpigmentierung " , auf universalis.fr .
- (in) Yoseph Bar-Cohen, Bionik. Naturbasierte Innovation , CRC-Presse,2016( online lesen ) , s. 319-325
- Bernard Valeur, " Die Farbe der Tiere " ,9. März 2018(Zugriff am 20. März 2020 ) .