叶蝉体表微粒结构 让我们最终制造出隐形斗篷

中研股份2017年11月14日讯  世界上最遥远的距离不是生与死,而是它明明就蹲在你面前,你却看不到它。过去科学家已经知道叶蝉的体表会分泌一种称为“叶蝉微小体”(brochosomes)的纳米级蛋白质颗粒,这些微粒看起来就像非常小的足球,具有超高防水性能,可让叶蝉的翅膀在潮湿环境下仍保持干燥。

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叶蝉体表微粒结构 让我们最终制造出隐形斗篷

科学家发现,分类为叶蝉科(Leafhopper)的小飞虫其体表分泌的蛋白质微粒,不只具有超高排水性,还有高抗反射性能,光进得来却出不去,让它在掠食者的眼中就像“隐形”一样逃过死劫,这种方式对致力于研究隐形斗篷或设备的科学家可能具启发意义。美国宾州州立大学研究团队则说,这或许能应用在抗反射涂层、感测器设备技术中。

而来自美国宾州州立大学的研究人员新发现,这些微粒不只能防水,还具有吸收转换高达 99% 入射光的功能,从紫外线到近红外线都不放过,对于只能看见特定波长光的天敌来说,叶蝉似乎“隐形了”,实际上这是完美的伪装效果。而团队表示,叶蝉微小体表面的作用其实很像隐形设备使用的超材料(metamaterial),将这种天然结构应用到光学合成粒子将非常有趣。

所谓超材料是一类人造材料,具有自然界天然材料不存在的特殊物理性质,比如让光、电磁波改变它们原本的波动,因具许多违反物理定律的行为而引起科学家密切关注。这种异乎寻常的效果主要取决于超材料精密的几何微结构排列及尺度大小,维基指出,超材料的应用领域包括:太赫兹领域、光量子领域、折射率调节、天线、非线性材料、超透镜、地震测量等,过去也有研究表明,超材料跟隐形技术息息相关。

此外,叶蝉微小体颗粒表面和蛾眼结构的抗反射特性很相似,蛾的眼睛是由上千个小眼睛排列组成的网格复眼结构,当光进入时就会发生色散,也就是说蛾眼的光反射率极低,这样才能避免夜间活动的蛾因被光照到而自曝位置。

实验中,团队采用复杂的 5 步骤电化法(five-step electrochemical process)制造类似的微粒,并和金属氧化物(如氧化锰)、导电聚合物等各种材料相容,宾州州立大学机械工程助理教授 Tak-Sing Wong 说,不同的材料可以有不同应用面,比如氧化锰是超级电容器和电池中非常受欢迎的材料,合成粒子可当作良好电池电极,提高化学反应速率。

若当作抗反射涂层,合成粒子可帮助感测器或照相机降低信噪比、提升太空望远镜的能力,防止光线反射干扰镜头,让图像更清晰,甚至也帮助太阳能电池板更有效的捕捉光线。这项研究已发布在《自然通讯》。Synthetic material acts like an insect cloaking deviceThe Laws of Physics Make a Human Invisibility Cloak Pretty Much Impossible

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