周雪：如何制作一件隐身衣？| 有意思博物馆
果壳
2018-10-28
以下文章来源于果壳少年，作者周雪
本文根据有意思博物馆演讲剧场——「果壳少年专场」现场演讲整理。
演讲人周雪：中科院材料学研究人员，滚得动大钢瓶，也玩得转纳米粒子。每天与化学材料打交道，却希望还原自然中的绚烂色彩。
制作隐身衣 只需两步
我是来自中科院化学研究所的实验员，今天我想跟大家分享一个主题就是如何制作一件隐身衣。哈利·波特有件非常奇特的隐身衣，现实生活中真的有隐身衣吗？
果壳少年
身处果壳之中，仍自以为无尽空间之王
图 |《哈利·波特与魔法石》
想要制作隐身衣，首先要知道我们是怎么看到物体的。物体上有反射光，当这些反射光进入眼睛的时候，由感光细胞和神经系统传到大脑，这时候我们就能感知颜色，认为这里有物体。
大脑感知物体的过程
知道这个原理之后，我们就可以制作一件隐身衣，这样的话制作隐身衣只需要两个步骤：首先认识颜色，然后隐藏颜色。
大自然中有非常丰富的颜色，像五颜六色的花朵、像五彩缤纷的水果等，这些颜色源自于色素，把色素提取出来可以丰富生活，比如装修房子的涂料、染衣服的染料，这些颜色称为色素色。无论什么角度、什么方向看它的时候，一件红色衣服始终是红色，不可能变成绿色。这是颜色的一个来源。
神奇的结构色
另外一个来源就是结构，我给大家举两个例子。当变色龙经过不同区域的时候，身体颜色会迅速变化。起初科学家觉得变色龙颜色变化是因为它身体里有很多色素，遇到危险的时候为了伪装自己可以变化身体的颜色。
图 | gfycat.com
后来科学家发现，其实变色龙表皮细胞有纳米结构，通过改变纳米结构排列方式，可以快速变成另一个颜色。
另一个例子非常常见。大自然中的蝴蝶有着绚丽的颜色，我们会觉得这是因为蝴蝶身体里有色素。但是色素无论任何角度、任何方向看都是一个颜色，不会有颜色的改变。
把蝴蝶变化方向，比如平行蝴蝶翅膀的时候，我们可以看到蓝色；在垂直翅膀方向，蓝色消失；如果空气中不同角度看翅膀，蓝色也是不一样。
在蝴蝶翅膀上滴酒精，颜色也会发生变化。
这其实源于表面的微结构，蝴蝶表面有像百叶窗的结构，我们把这种结构产生的颜色称为结构色。
蝴蝶翅膀表面的微结构
结构色如何产生？以蝴蝶翅膀为例进行讲解，我们可以看到蝴蝶身上百叶窗上表面、下表面都可以反射太阳光。当两处反射光进行光干涉的时候，大部分光因为相互抵消看不见，只有蓝色光相互加强变着更加明亮，所以看到蝴蝶表面有非常绚丽的蓝色。
这些百叶窗个数、间距、角度发生变化的时候，其实我们看到蝴蝶表面有不同蓝色的。既然知道颜色产生的原理，想制作一件隐身衣非常简单，只需要把颜色隐藏掉。
把颜色藏起来！
怎么隐藏一个颜色？最传统的办法让光绕过这个物体。光通过均匀介质的时候，传播方向不会任何变化，只有通过不同的介质光才会发生一定的折射或者其他变化。
当看到一个物体的时候，我们能看到它的反射光，所以能看到它的颜色。如果让光绕过这个物体，就看不到这个物体了，其实物体还在那里，只不过它隐身了。
利用类似棱镜的东西，让光绕过这个物体，当金鱼位于棱镜后方，光绕过这个棱镜，就看不到金鱼了，只能看到金鱼后面的水草。最近科学家发明超材料，让超材料更薄，穿在身上，真正实现隐身。
另一种隐身衣，我穿上，让前面和后面光一样的。当光通过这个物体的时候，穿上隐身衣，光通过之前和通过之后没有发生任何的变化。我们看到最原始的光，没有穿过物体的光，所以这个物体隐身了。
我们研究颜色、知道把颜色隐藏起来，可以做出一件隐身衣。现场非常遗憾没有办法带来真正隐身衣把自己隐藏起来，但是我带来结构色样品，让大家观察一下结构色和普通色素色有什么区别。
一起动手 变换色彩
当这个角度变化的时候，可以看到非常明显的颜色变化。样品是有角度，大家可以看到手机的手电筒照它，它会更加鲜亮。下面我请几位小朋友跟我做一个实验。
在边上可以看到有一些彩虹颜色的。其实这个里边液体不是传统上乳液，就是里边含有纳米的小球，它滴到叶面上，那些小球由于表面张力不同可以拉动小球运动，小球会迅速的规则排列出来。当光遇到规则小球会产生一系列反射、折射、衍射，就是我们所看到的结构色。
这个样品是用刚才方法制备结构色的样品，如果把表面滴的均匀就可以制作出来。不同角度有不同颜色，在不同角度结构出来的光经过不同的干涉，所以有不同颜色反应出来。这是结构色和色素色最大的差别。
今天就给大家带来这个有意思的小实验，打光的时候样品会更加明亮，光源强度强的时候，反射的光更强，所以你看到颜色越绚丽。
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本文首发于果壳少年（ID：guokr_junior）
果壳少年
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果壳
ID：Guokr42
果壳整天都在科普些啥啊！
吓得我二维码都屈光不正了！