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超白甲虫

超白甲虫

一种幽灵般的甲虫可以帮助工程师创造出明亮的白色材料。


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甲虫的白色阴影苍白。我是Bob Hirshon,这是科学更新。

一种小小的东南亚甲虫是自然界最白的生物之一。英国埃克塞特大学的光学物理学家Pete Vukusic正在研究这种甲虫的茅草鳞片是如何产生如此纯白色效果的。他指出,每一层厚度只有一毫米的百分之二,大约比纸张薄50到100倍。

Pete Vukusic:

一般来说,这种出色的白度只能由厚层生产,例如几英尺的雪或牙齿上几毫米的珐琅。

在一份新的报告中,他描述了这些鳞片中的细丝是如何散射光线的。如果这一技术能够在商业上被重新制造出来,那么它就可以应用于许多领域,从油漆和牙科植入到新的平板照明面板,这些都需要非常薄的反射背面来散射光线。我是美国科学促进会的鲍勃·赫森。manbetx注册与登录


研究的意义

这项研究涉及到日常的颜色物理。我们周围看到的所有颜色都是由我们所看到的物质的化学和物理结构所创造的。这种材料中分子的特定排列会吸收或散射所有可能波长的可见光。散射回我们眼睛的光——例如,绿色的草——创造了颜色。如果没有可见光散射,物体看起来就是黑色的。另一方面,如果可见光的大部分或全部波长散射,物体看起来是白色的。

事实证明,没有许多天然材料,可以同样地散射所有波长光。当我们在大自然中看到白色时,如雪,鸽子的羽毛或北极熊的毛皮,它通常由多层材料创造,它不太自行。(例如,在手上涂抹一层薄薄的雪层,它看起来比白色更透明。)这种甲虫相同,这笼罩着它的白色薄薄,重叠的鳞片,覆盖其身体就像屋顶瓦片。

然而,这种甲虫的非凡之处在于,它们的鳞片非常薄,尤其是它们创造了自然界中最白色的材料之一。它比乳牙还要白,只比厚50到100倍的打印纸白25%左右。

Vukusic的团队通过将它们与具有丰富色彩的相关甲虫的尺度进行比较来弄清楚尺度如此白色。他们发现,虽然五颜六色的甲虫的鳞片由相对组织的三维纤维组成,但白甲虫的鳞片由随机散射的长丝组成,这有助于随机散射不同波长的光。他们还发现,这些纤维倾向于与加入纸中的矿物颗粒相距更远的间隔一点,以使其更加白,表明纸张可以通过其化学来修补仍然更白。

我们很容易想到廉价的超薄白色材料的化妆品用途:白色涂料只需要一层薄薄的涂料就可以覆盖一个房间;假牙的白色表面;mp3播放器和手机用的白色塑料。但武库西克提到了另一个可能更重要的应用:节能平板照明板。他指出,现有的技术可以制造出这种超高效的平面光源,称为“发光二极管”。这些嵌板看起来就像一面可以挂在墙上的镜子。然而,如果你只是简单地把灯板本身挂起来,一半的光就会丢失,因为它会照到墙上而不是房间里。因此,为了达到最佳效果,这些面板需要白色的背衬来将向后投射的光线散射到房间里。如果科学家能够窃取甲虫的秘密,为这些面板创造超薄的衬底,他们将能够在更广泛的环境中使用它们。

现在试着回答以下问题:

  1. 是什么让材料白色?
  2. 为什么这只甲虫的鳞片在其他自然的白色材料中脱颖而出?
  3. 鳞片的分子结构是如何决定甲虫的白色的?
  4. 超薄、光亮的白色材料有哪些应用?你能想到其他没有提到的吗?

你可能想看看2007年3月2日,科学更新播客来了解更多关于本期《科学更新》和其他节目的信息。本播客的主题包括:用超声波来寻找昂贵的木材,奶酪如何帮助对抗一种树真菌,前列腺癌和缺少儿子之间的联系,你大脑中的分裂,以及超白甲虫的秘密。


为教师

物理课堂教案,光波与颜色,提供关于光的信息。信息被组织成两个教训,涵盖的主题包括光的波状行为,可见光,颜色,和更多。

富兰克林学院的在线展览,光和颜色,涵盖彩虹,可见光谱,电磁谱和颜色盲目等主题。

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