摘要：孔雀羽毛的绚丽色彩启发人们考虑是否能够将羽毛的结构色和动态色中的光子晶体应用于印刷品、纺织品中。通过采用光学显微镜和扫描电镜等手段对孔雀羽毛的微观结构进行了分析，并参照二维光子晶体结构模型，深入探讨混合色的形成机理及结构变化因素对颜色合成的影响。同时结合纳米仿生制备技术，提出了人工仿生结构生色思路，初步探讨结构生色在印染、纺织等领域的应用前景。
关键词：孔雀羽毛;纳米结构;仿生技术;结构生色
孔雀因其翅膀上变化多端、绚烂多彩的花纹而使人着迷，这也让生物学家们感到疑惑:孔雀令人眼花缭乱的颜色是如何形成的，它又有什么应用意义呢?《PNAS》杂志刊登了一项研究成果———《孔雀羽毛的色彩策略》［1］，此项研究表明，小羽枝表皮下面的周期结构是羽毛具有颜色的原因。与此同时，Giraldo等［2］在研究蝴蝶翅膀时，也揭示了这个秘密———翅膀上的纳米结构是蝴蝶的“色彩工厂”。
纳米结构造就了孔雀之美与蝴蝶之艳。自然界中的颜色主要是通过色素来产生，但有些动物经历进化后选择了纳米结构生色，即依靠自然光与波长尺度相似的纳米结构的相互作用而产生颜色。物理学家牛顿第一个提出:包括孔雀在内的鸟类羽毛、昆虫翅膀等的颜色不完全来源于色素生成。
由此，结构色概念应运而生。结构色是一种无须用染料、颜料着色就能产生的颜色。与染料或色素相比，它最大的特点是避免了印染行业生产和应用的环境污染，彻底解决了着色过程中的污水排放问题，还可以大量节省水电消耗，是当前纺织节能减排工作中冉冉升起的“明日之星”。色素生色随着色素化学结构的变化，颜色会改变甚至消失;而结构生色能够产生出更强的光，所产生的颜色特别明亮，甚至还具有金属光泽［3］。只要保证结构生色材料的折射率和尺寸不变，其颜色是永远不会消减的。如果把仿生结构生色这个战略构想实现于纺织印染领域，会给该行业带来革命性的改变。
Zi等［1］利用光学测量、电子显微镜观察以及理论模拟，研究了孔雀羽毛颜色的来源。与牛顿的“薄膜干涉”结构生色理论有所不同，他们发现除了产生干涉的薄膜性结构以外，孔雀羽毛的小羽枝表皮下面还存在着规律的周期性结构。实验和理论模拟结果显示，二维周期结构沿表皮方向对某一波段的光有很强的反射，从而形成不同颜色。其调控方式主要有两种:一种是调控周期长度，另一种是调控周期数目。不同颜色是由表皮下周期结构不同的周期长度来控制的，小羽枝的棕色、黄色、绿色、蓝色所对应的周期长度依次减少。通过Fabry-Perot干涉效应(F-P效应)产生的棕色羽毛，其周期数目最小;再加上F-P效应引起额外的蓝颜色，从而混合后呈棕色。
尽管人们已经知道了许多鸟类羽毛中存在着规律性的周期结构，但对于孔雀羽毛颜色来源的物理机制还没有清晰的了解。为了进一步研究孔雀羽毛的仿生应用，我们利用显微镜研究了不同颜色孔雀羽毛的微观结构，发现在光学显微镜下，孔雀羽毛上的小羽枝表面呈现鲜艳的金属颜色，同时存在分段的节状结构。
1·材料与方法
实验材料取自雄性孔雀尾部绚丽多彩的羽毛。实验仪器包括光学显微镜、扫描电镜、红外光谱仪、色谱仪、表面张力仪等。
2·结果
2.1疏水性测试
用表面张力仪测量羽毛表面与水的接触角可以表征其亲疏水性。对孔雀羽毛进行亲疏水性测试的结果表明，羽毛对水的接触角平均值为127°(图1)，疏水性很强，由此想到“荷叶效应”———当羽毛的表面有大量突起的纳米结构，可以形成强疏水性，表面接触角会大大增加。
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