Diese Tulpe Umhänge selbst in schimmernden schillernde Rüstung

Königin der Nacht Tulpen sind bekannt für ihre extrem tief violetten Farbton, mit einem Hauch von Schimmer, der Juweltöne zu verbessern, aber sie nicht, die markante Farbe bekommen, von den üblichen Farbmoleküle. Nach einem neuen Papier in The Journal of Chemical Physicssehen was Sie, ist tatsächlich ein Ergebnis der Interaktion des Werks-Cellulose-Struktur mit Licht.

Dies ist eine Qualität, die königliche Tulpe mit Zikaden, Schmetterlingsflügel, Käfer, Opale, Austernschalen und die bunten Federn der männlichen Pfauen teilt, die ihre schimmernde irisierende Farbe aus einer Struktur bekannt als photonischen Kristall erhalten.

Künstlichen Photonics Kristalle sind mit einem hoch präzisen Gitterstruktur entwickelt, die Licht reflektieren Sie die Oberfläche so erstellen Sie die Wahrnehmung von Farbe im menschlichen Auge verursacht. Sie blockieren bestimmte Frequenzen von Licht und lässt andere durch, also welche Farbe Sie sehen hängt der Winkel der Reflexion. Aber bestimmte natürlich vorkommende Photonics Kristalle – wie denen in Schmetterlingsflügeln oder die Königin der Nacht-Tulpe – haben nicht die gleiche Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel. Sie streuen das Licht selektiv viel wie ein Beugungsgitter. Die Wirkung entspricht dem was passiert, wenn Licht auf die winzigen Rillen geätzt auf eine CD, was blinkt der Regenbogen Farbe trifft.

Das Geheimnis der Königin der Nacht Farbe ist Zellulose, ein Schlüsselelement in den Zellwänden von Grünpflanzen. Die Schichten von Zellulose-Fasern machen eine Pflanze Struktur stärker, Stärkung der Zellwände in welcher Richtung sie ausgerichtet sind. In der Regel richten sie in nur eine Richtung, aber Zellulose kann auch selbst in ein Verdrehen Muster, bekannt als "cholesterischen Phase" (vor allem, weil Wissenschaftler zuerst es bemerkt während des Studiums Cholesterin Moleküle) zusammensetzen. Und beim Drehen dieser Fasern (siehe Schema unten) erhalten Sie mechanische Steifigkeit in mehrere Richtungen hinzugefügt.

Zellulose dient als eine Art biologische Rüstung zu verstärken. Nun es scheint, dass die schützende Rüstung verleiht auch ein Stilelement: glänzende irisierende Farben, denn es auch ein Beugungsgitter schafft.

Viel frühere Forschung auf Zellulose konzentriert sich auf seine mechanischen Eigenschaften. Alejandro Rey, Chemie-Ingenieur an der McGill University und seine Mitarbeiter waren mehr daran interessiert, ob diese Verdrehung Struktur Iridescence der Königin der Nacht Tulpe und ähnliche Pflanzen erklären könnten.

Sie entwickelt ein Computermodell zu simulieren, wie verhält sich diese besondere Art von Zellulose und festgestellt, dass im Laufe der Zeit, dass verdrehen mikroskopische parallele Bergrücken entlang der Oberfläche ihrer Modellsystem hervorbrachte – genau die Art von mikroskopisch kleinen Muster einer Funde auf der Königin der Nacht Blütenblätter. Diese Grate weißes Licht in Farben wie ein Prisma, geben der Tulpe die wunderschöne irisierende Glanz aufgeteilt.

Aber es ist nicht nur die Verdrehung Muster, die Farbe in einigen Pflanzen beeinflusst: wie viel Wasser in die Zellulose-Schichten gespeichert wird kann auch Auswirkungen auf die Optik. Je mehr Wasser vorhanden, desto weniger fest ist diese Layer drehen, so dass die resultierende Grate weiter auseinander sind. Und diese Räume zu bestimmen, welche Wellenlängen des Lichts gebeugten ("Pitch") erhalten. Beispielsweise kann unterschiedliche Feuchtigkeit verursachen Wellenlängen von 460 verlagern nm (sichtbares blaues Licht) bis 520 nm (sichtbare grünes Licht).

Deshalb bestimmte malaysischen Regenwald Pflanzen eintauchen in Wasserwechsel verlässt ihre leuchtende Blau bis grün. Eine ähnliche Wirkung kann in einer Art von Spike Moos (Selaginella Willdenowii), gesehen werden, welches Sport schimmernde Blau jung oder wachsende in einem schattigen Bereich verlässt. Aber die Farbe verblasst, wie es im Alter, oder sich die helle Licht ausgesetzt befindet – wahrscheinlich wegen der wechselnden Wasserständen in den Zellwänden von diesen Blättern.

Nach Shu Yang, ein Materialwissenschaftler an der University of Pennsylvania, verleiht die Fähigkeit, als Reaktion auf Veränderungen der Luftfeuchtigkeit Farbwechsel zusätzliche Sensorik und Tarnung Fähigkeiten solcher Anlagen, erhöht ihre Chancen auf Überleben. Diese neueste Papier ist bedeutsam, sagt sie, weil es das erste Modell ist, die optischen und wasserempfindlichen Eigenschaften dieser kurvenreichen Phase in Zellulose genauer anschauen.

Yang hingewiesen, dass mit mehr Entwicklung, das Modell verwendet werden könnte, verschiedene Arten von Materialien zu entwerfen, die schimmern und in Hue zu verlagern. Dies hätte Anwendungsmöglichkeiten bei Farbdisplays, Tarnung (cloaking) und optische Sensoren in Stoff und Gebäuden, zum Beispiel, die Farbe zu ändern, wenn es eine Änderung in der Feuchtigkeit, imitiert die malaysischen Pflanzen. Ihre eigene Forschung umfasst eine Licht-Biege, wasserabweisendem Spray Beschichtung inspiriert von Schmetterling Flügel, die eines Tages verwendet werden könnte, um besser Sonnenkollektoren, unter anderen Anwendungen zu erstellen.

Wie immer, weitere Forschung erforderlich ist; Dies ist eine Computersimulation, und das Team muss noch beweisen, dass natürlich vorkommende Diffraktive Oberflächen genauso arbeiten. Aber Rey sagte ihr Modell bietet eine solide Grundlage für eine bessere Verständnis wie strukturelle Farbe in der Natur arbeitet. "Die Optik [der cholesterischen Zellulose] genauso spannend wie die mechanischen Eigenschaften," sagte er.

[Bild Credits: (von oben) S. Vignolini. (unten) Abigail Malate. Sowohl über American Institute of Physics.]

Referenzen:

Rofouie, P. Et Al. (2015) "Tunable Nano-Faltenbildung der chiralen Oberflächen: Struktur und Beugung Optik," The Journal of Chemical Physics. [Vorabdruck: 15. September 2015]

Vignolini, S. (2013) "geschert strukturelle Farbe und schillern in Marker Zellulose Filme" Macromol. Chem.-Phys.