孔雀羽毛微观结构及结构色分析

计划（851715079）项目资助，浙江省教育厅科研项目（编号Y201226223）资助和国家自然科学青年基金（编号51403078）资助。

目前彩色面料大多依靠染料和涂料进行染色来实现，但对于环境的污染很大，为了解决这一弊端，我们研究自然界色彩呈现规律，运用仿生学手段，将呈色机理引入到面料的色彩实现中，从而实现无染化[1]，以达到绿色环保要求。

1 孔雀羽毛微结构OM分析

1.1实验对象

本文选取的研究对象如图1所示。孔雀羽毛具有翠绿、亮绿、青蓝、紫褐色，多带有金属光泽。尾屏上散布着近圆形“眼斑”，由紫、蓝、绿、褐、黄、红6色组成。主要生活在我国云南西双版纳和东南亚。

1.2实验仪器

本实验采用纤维细度仪显微镜，放大50×10 倍下观察孔雀羽毛的形貌特征和分布规律。

1.3试验过程

打开显微镜开关、电脑、纤维细度仪软件，点击窗口工作栏 “采集一幅”。

调整照明光源，使亮度适中，转至低倍镜观察，调节粗准焦螺旋。

搜索到图像时，改细准焦螺旋，上下调整直至图像清晰。

再选用50×10倍高倍观察，上下调整细准焦螺旋，直至图像清晰，拍照存储。

1.4实验结果

如图1所示，羽毛间多以螺旋状附着在一起。如图2所示可见羽小枝不同部位颜色并不相同。

2孔雀羽毛微结构SEM分析

2.1实验对象

本试验采用的样本为不同色彩部位的孔雀羽毛羽小枝。

2.2实验仪器

本实验采用QUANTA-250型扫描电子显微镜，进行不同放大倍数下的观测。

2.3预处理

脱脂：先将样本用0.65%生理盐水反复冲洗、3%戊二醛固定，放入微型超声波清洗器中处理（功率 50W）1-4min，对于表面黏液、脂肪和蛋白质类物可用乙醚浸泡10min。

脱水：将脱脂后的样本取出采用浓度为40%、50%、70%、纯乙醇系列脱水，各阶段浸泡10min，自然干燥。

粘台、喷金：将干燥好的样本采用双面胶粘台，注：不要弄伤样本上表面。在 1×105MPa真空中 40°旋转喷镀或用离子溅射仪溅射使金离子均匀喷镀在样品表面，镀金厚度在 15～20nm 间。若表面有绒毛、刺等，应先放入 1%碘化钾溶液中浸泡 2 天后再用蒸馏水清洗，自然干燥后再喷金。

2.4实验结果

观察结果如图3～5所示。可见羽毛是由无数根羽小枝构成的。绿、灰、蓝羽毛对于的竹节长度分别为28.2、26.1、21.3 μm，灰色羽小枝含有竹节的圆柱状[2]，每个节处凸起，绿、蓝色羽小枝则呈扁平状，每个节处稍有凹陷。且各色羽小枝在宽度方向上含有许多紧密程度不同的由一定量胶黏蛋白连接的小鳞片，以格子状排列着，鳞片间的孔洞空隙由空气填充，该结构即为光子晶体，形成不完全光子带隙。

3孔雀羽毛结构参数与其颜色的关系分析

4结论

由上述实验观察分析可得孔雀羽毛的每个羽小枝在宽度方向上存在光子晶体，形成不完全光子带隙。使得结构周期不同羽毛吸收不同波段的可见光，呈现不同的色彩。羽毛表面具有非光滑的形态，分布有竹条状、螺旋状的脊脉，相邻脊脉间有无数横向肋状物，将表面分割成栅格状结构。

通过探索大自然，可发现许多动植物的颜色大都来源于光与其表面的相互作用。通过研究色彩呈现规律，利用仿生学手段，将呈色基理引入面料中从而实现彩色面料的无染化。

参考文献

[1] “绿带翠凤蝶翅面结构光变色机理的试验研究，”中国科学E 辑， vol. 37， p. 6， 2007.

[2] Prum R.O.， Torres R. H.， Structural colouration of mammalian skin： convergent evolution of coherently scattering dermal collagen arrays [J]， J. Exp. Biol.， 2004，207， 2157.