蝴蝶翅膀在SEM下观察无色，它具有什么样的微观结构？

科研人员设计了一个有趣的实验:操作扫描式电子显微镜，观察蝴蝶的翅膀。通过这台可以看清纳米尺度物体三维结构的显微镜，人们惊奇地发现：原本色彩斑斓的蝴蝶翅膀竟然失去了色彩，显现出奇妙的凹凸不平的结构。原来，蝴蝶的翅膀本是无色的，只是因为具有特殊的微观结构，才会在光线的照射下呈现出缤纷的色彩。结构性色彩（structural color）不同于色素色彩（pigment color）。色素色彩的变化主要来源于对不同频率光的吸收，而结构性色彩，其原理是利用周期性结构，即光子晶体，对光的反射、透射等进行调控。先说光子晶体，它最大的特点是存在禁带，即在特定频率段内，光是不能传播的。所以可以利用这点来反射特定频率的光，起到调控色彩的目的。相对于色素色彩，结构性色彩具有更高的调控光的效率，这是生物进化的神奇结果。一般来说，光子晶体可以分为一维、二维、三维，所以自然界中也存在这三种纳米周期光学结构。见下图，其中A、B、C是一维光子晶体，D、E是二维光子晶体，F、G是三维光子晶体。实际上，单纯地调节颜色，一维的光子晶体就够了，但是生物进化还是发展到了二维和三维光子晶体。对于这个问题，科学家也没有给出比较明确的答案。但是二维的光子晶体还有另外一个优势，那就是疏水性。此外，有些生物还可以改变身体的颜色，实际上，也是通过调控周期结构的周期来改变的，鱼通过改变细胞的体积来改变颜色，图B的小虫子通过收缩或者扩展翅膀来改变颜色。实际上变色龙也是基于这个道理改变颜色的。

科学实验方法 实验物理学 二、科学实验方法 计算模拟方法 计算物理学 在凝聚态物理学、材料物理与化学等领域应用普 遍。诺贝尔物理学奖的所有成果都必须有实验结果的 支持。 归根结底，为了透过现象看本质，找 三、计算机仿真模拟方法 到凝聚态物质的物理本质和规律，以致应 应用于物理学的各个分支。模拟核爆炸、集成电 用。 路设计、微纳电子器件设计等等。 凝聚态物理实验的一般步骤 样品制备 ? 样品的制备是研究凝聚态物质（材料）的基础。 一般实验步骤包括： 材料科学研究中，追求材料的功能意识的加强以 背景调研 及结构与性能内在联系意识的提高，人们期望以性能 样品制备 为导向，寻求和设计最适宜的结构物质材料，就是通 测量仪器 原理和性能 与校准 过制备样品付诸实现的。 ? 性能与结构相关，决定于材料成份和工艺参数等 测量与误差处理 条件。在新材料研制与开发、冶金生产过程、表面工 结果分析与讨论。 程（腐蚀、摩擦等等）等分析中均有重要应用。 结论 ? 宏观表象深入至微观认识。结构参数信息带来新 观念，为改进生产工艺，研制新材料样品、建立新理 论提供依据。H. Gleiter建立纳米材料的概念值得借 鉴…… 1 包括： 测试技术 1. 制备方法（设备）的选取。掌握其原理、性能参数、 ? 测试分析，能够揭示材料样品的结构、成份和性 操作规程和维护、实验室规章。 能。 2. 首先学习并且能够重复前人的结果，熟练操作规程和 维护。明确工艺参数条件。找到材料的结构及成分与工 ? 改变测试条件（温度、压强等），可以发现样品 艺参数条件的规律性关系。做好完整的记录。 的结构、成份和性能的变化规律。 3. 研究样品生长机制和生长规律。 ? 通过分析找到制备条件、结构和成份（改变）与 性能（的变化）的对应关系。 4. 通过全面深入的文献调研，查缺补漏 （包括工艺参数 条件是否全部使用、哪些结构及成分的材料还很少报 ? 以此为依据，发现新结构、新成份；找到新的规 道、是否存在缺陷、可否改进其方案）。 律，或纠正原有不正确的说法；提出新的模型和理 5. 创新制备、测量方法。 论。 测试样品的制备 仪器及其使用 ? 掌握仪器的原理、各项性能指标及其变化范围和步 按要求制备测试样品。 防污/去污：STM、AFM等试样。 长、真空度、污染源等等。熟悉仪器校准和运行，准确 防腐/氧化：如表面分析的试样。 分析被测样品实际结构与性能及变化规律。