作者｜龙浩

责编 | 高佩雯

来源｜十点科学

▲ 五彩斑斓的黑巧克力。

|Giulia Marthaler-ETH Zurich

巧克力的馨香，给人无限回味；五彩斑斓的颜色，惊艳视觉。当色彩和香味碰到一起，仿佛打开了新世界。

最近，瑞士苏黎世联邦理工学院的科学家们，通过纳米技术，做出了一款酷炫巧克力。它的表面自然散发彩虹色彩，每一个看到它的人，都不禁要感叹一句：难道，这就是彩虹的滋味吗？

▲ 香香的巧克力，表面颜色和甲壳虫如出一辙，不知道嚼起来有没有油炸蛋白质的酥脆口感？|Giulia Marthaler-ETH Zurich；google.com.au

01

结构色巧克力

要在这样甜蜜的食物上，做出五彩斑斓的颜色，不仅仅是想象力的问题。如果放在显微镜下，你会看见巧克力表面有很多微小的沟槽。

这就是传说中的结构色。不依赖于色素或其他添加剂，仅凭微结构对光的衍射和散射，就可以显示绚丽的色彩，和平常所见“色素色”截然不同。

它就像变色龙一样——它们使用皮肤结构的变化来散射特定波长的光，从而不断改变身体的颜色——单纯的色素细胞可办不到。

自然界中常见的“彩虹”还有贝壳、蝴蝶翅膀等，其上也满布纳米尺度的图案，以线条、鳞片或孔洞的形式出现。虽然样式不同，但都是使用微结构对光的作用，来达到虹彩效果。

▲ 自然界中的“色彩大师”——变色龙（上）以及漂亮的蓝闪蝶（下），左下为蓝闪蝶翅膀上的微结构 | tracts4free.wordpress.com；

©2016 IOP Publishing Ltd

为了制造这种虹彩巧克力，一位产品开发人员猜测，研究者们制造了一种纳米科技的巧克力模具，使用电子束光刻技术在玻璃或硅片上蚀刻约100纳米宽的线条，然后将热巧克力放在模具里，加以冷却凝固。如此就算完成了“表面功夫”，彩虹色大功告成。

而这种结构色并不是第一次出现在食物上。只要回想我们的日常吃食，有时候在煮熟的牛肉上也会见到它。

研究表明，牛肉上的“彩虹”是肌肉纤维微观结构产生的，是一种结构色，与安全性无关。而水煮及腌制牛肉的横切面上，肌纤维更加规则，虹彩也更明显。

▲ 一块焕发绿光的牛肉 | 来自网络

研究人员希望将这种着色技术推广到大众市场。就目前而言，结构色的制作也并不复杂。新冠疫情期间，一些技术人士就一直在家里玩各种彩虹烘焙。

02

为工艺品增色

而巧克力只是纳米着色的开始。可以想到，纳米加工技术与一些平时不会想到的材料，例如食物、织物、纸张和塑料结合，将产生一些真正令人兴奋的产品。

例如，日本一家叫Teijin Fiber的公司，用结构色方法制作了一种以蝴蝶命名的织物“Morphotex”，并做成了连衣裙，在不同角度会看到不同的色彩。

去年，日本京都大学的研究人员，还通过改变纸张的微结构，未采用任何墨水和颜料，就仿制出了一幅《神奈川冲浪里》高清名画。这幅特殊的画尺寸仅1毫米，图案分辨率是传统喷墨打印的三倍。并且，永不退色。

▲ 未采用任何颜料绘制的《神奈川冲浪里》（正中间），纸张为一种可人工合成的聚合物 |iCeMS, Kyoto University

这样环保又持久的上色方案，对食物、织物、艺术品，真是再合适不过了。日用品借助结构色的神手，也将光彩大增。

03

“硬核”应用

科学家们一旦研究这个，当然不会只满足于酷炫的食物，或什么日用品，也会希望将它用于更“硬核”的领域，例如，芯片。

因为关于结构色的应用，本质上都是通过微结构设计，实现对光子的调控。而当前集成电路芯片中的各种半导体器件，都是基于对电子的调控，来实现逻辑运算和信息传输。

那么，在以电子为信息载体的半导体器件能力已达极限的情况下，是否可能使用光子调控，来实现更小型化、更低功耗和更强运算能力的下一代光子计算芯片呢？

与之相关的光子晶体、量子计算等研究已经在路上，让我们拭目以待。

▲ 光量子处理器。小世界里蕴藏着大奥秘。|University of Bristol

你还知道哪些结构色？

参考文献：

[1]https://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/nanotechnology/researchers-create-shiny-rainbows-of-nanotech-chocolate,2020.

[2]SarahE. Jackson, Lee Smith, Joseph Firth, et al., Is there a relationship betweenchocolate consumption and symptoms of depression? A cross‐pal survey of 13,626 US adults, Depression & Anxiety, 2019,36(10):987-995.

[3]H.J.Swatland, Iridescence in beef caused by multilayer interference from sarcomerediscs, Meat Science, 2012, 90:398–401.

[4]MasateruM. Ito, Andrew H. Gibbons, Detao Qin, et al., Structural colour using organizedmicrofibrillation in glassy polymer films, Nature, 2019, 570:363–367.

[5]CaryA Tippets, Yulan Fu, Anne Martine Jackson, et al., Reproduction and opticalanalysis of Morpho-inspired polymeric nanostructures, Journal of Optics, 2016,18:065105.

本文经授权转自十点科学”（ID：Science_10）公众号

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