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孔雀羽毛的纳米仿生制备技术及在印染领域中的应用研究

来源:印染在线 发布时间:2012年11月23日

该实验不仅从侧面验证了Zi等[1]的重要发现,同时也更加清晰地看到小羽枝中蛋白纤维的二维光子晶体结构的积聚状态和形成特征。我们发现这些蛋白质晶体纤维的粗细度均匀,排列方向严格按照小羽枝的轴向,所以能够从物理结构上形成良好的干涉现象,生出绚丽的颜色。该孔雀羽毛黄色区域的蛋白纤维尺度大小为150~160 nm,与文献[4]所指出的产生绿色和黄色的结构尺度比较接近。

2.3孔雀羽毛光学测定

为了进一步确定孔雀羽毛的颜色,我们利用色度仪进行了颜色标定。由于孔雀羽毛的颜色与羽毛测定的角度有关,我们将孔雀羽毛的茎平行放置,测定其黄绿色区域的吸光情况(图5)。

    

为了比较不同颜色部分的差别,我们测定了其红外光谱。从图6可知,两个样品的成分没有太大区别,证实了孔雀羽毛的生色机制主要是因为物理结构差异。

3·讨论

通过对孔雀羽毛结构生色原理进行进一步的研究,证明其不完全光子带隙结构有着强烈的反光效果,并且向不同的角度发射出不同的颜色光彩。周期性的纳米结构与光线作用引起了结构生色,角蛋白杆排列的紧密程度以及相互叠加的层数决定了孔雀羽毛呈现出黄、绿、蓝、棕等不同颜色。蛋白质晶体纤维所引起的干涉现象是孔雀羽毛绚丽多姿的根源,正是它们使本来无色的生物体由于结构的发光而呈现出闪烁斑斓的色彩。

结合纳米仿生制备技术,可以人工模拟纳米结构单元,用于纺织纤维行业中将使新型“印染”颜色明亮且永不消失。孔雀羽毛的纳米结构生色机理逐渐开始促进人类进一步控制和利用色彩,如增加视觉或产生视觉干扰。基于自然界蝴蝶翅瓣表面薄片的折射率、大小、形状和厚度不同,通过薄膜干涉生色产生各种颜色的原理,日本已开创性地研制出了结构生色纤维Motphotex丝。它是一种多层结构的中空纤维,其扁平截面由数量非常多的PET/PA薄层交替紧密叠合而成。通过严格选择一定折射率的高聚物和适合的各薄层厚度,使各纤维薄层对光产生干涉,使光发生相长增强作用,从而产生很强的一定波长的彩色光[5]。利用结构生色原理进一步开发纺织品着色技术,是提高纺织品颜色深度和鲜艳度的重要措施之一,是一种高水平的生态着色工艺[6-7]。最大限度地利用结构生色,可以最大限度地减少染料颜料用量,或简化缩短染整加工工艺,达到减少污染、省水节能的目的。相信越来越多的纳米结构生色产品将在不久的未来畅销于市场。

参考文献

[1]Zi Jian,Yu Xindi,Li Yizhou,et al.Coloration strategiesin peacock feathers.Proc Natl Acad Sci,2003,100(22):12576-12578
[2]Giraldo M,Stavenga D.Wing coloration and pigmentgradients in scales of pierid butterflies.Arthropod StructDev,2008,37(2):118-128
[3]宋心远.新型纤维及织物染整.北京:中国纺织出版社,2005:117-168
[4]Li Yizhou,Lu Zhihua,Yin Haiwei,et al.Structuralorigin of the brown color of barbules in male peacock tailfeathers.Phys Rev E:Stat Nonlin Soft Matter Phys,2000,72(1):10-12
[5]Qin Youhua,Liu Feng,Yin Haiwei,et al.Photonicstructure in the wings of PapiliBianorGanesa.Chin SciBull,2007,52(23):3183-3188
[6]宋心远.纺织品染色的过去,现在和未来.印染,2005,31(9):18-25
[7]宋心远,沈煜如.结构生色和纺织品生态着色(一).上海染料,2005,33(1):1-9

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