葉蟬體表微粒結構,可能成為開發隱形裝置新關鍵

作者 | 發布日期 2017 年 11 月 13 日 9:02 | 分類 奈米 , 尖端科技 , 材料 follow us in feedly

科學家發現,分類為葉蟬科(Leafhopper)的小飛蟲其體表分泌的蛋白質微粒,不只具有超高排水性,還有高抗反射性能,光進得來卻出不去,讓它在掠食者的眼中就像「隱形」一樣逃過死劫,這種方式對致力於研究隱形斗篷或裝置的科學家可能具啟發意義。美國賓州州立大學研究團隊則說,這或許能應用在抗反射塗層、感測器裝置技術中。



世界上最遙遠的距離不是生與死,而是牠明明就蹲在你面前,你卻看不到牠。過去科學家已經知道葉蟬的體表會分泌一種稱為「葉蟬微小體」(brochosomes)的奈米級蛋白質顆粒,這些微粒看起來就像非常小的足球,具有超高防水性能,可讓葉蟬的翅膀在潮濕環境下仍保持乾燥。

而來自美國賓州州立大學的研究人員新發現,這些微粒不只能防水,還具有吸收轉換高達 99% 入射光的功能,從紫外線到近紅外線都不放過,對於只能看見特定波長光的天敵來說,葉蟬似乎「隱形了」,實際上這是完美的偽裝效果。而團隊表示,葉蟬微小體表面的作用其實很像隱形裝置使用的超材料(metamaterial),將這種天然結構應用到光學合成粒子將非常有趣。

(Source:研究論文

所謂超材料是一類人造材料,具有自然界天然材料不存在的特殊物理性質,比如讓光、電磁波改變它們原本的波動,因具許多違反物理定律的行為而引起科學家密切關注。這種異乎尋常的效果主要取決於超材料精密的幾何微結構排列及尺度大小,維基指出,超材料的應用領域包括:太赫茲領域、光量子領域、折射率調節、天線、非線性材料、超透鏡、地震測量等,過去也有研究表明,超材料跟隱形技術息息相關。

此外,葉蟬微小體顆粒表面和蛾眼結構的抗反射特性很相似,蛾的眼睛是由上千個小眼睛排列組成的網格複眼結構,當光進入時就會發生色散,也就是說蛾眼的光反射率極低,這樣才能避免夜間活動的蛾因被光照到而自曝位置。

實驗中,團隊採用複雜的 5 步驟電化法(five-step electrochemical process)製造類似的微粒,並和金屬氧化物(如氧化錳)、導電聚合物等各種材料相容,賓州州立大學機械工程助理教授 Tak-Sing Wong 說,不同的材料可以有不同應用面,比如氧化錳是超級電容器和電池中非常受歡迎的材料,合成粒子可當作良好電池電極,提高化學反應速率。

若當作抗反射塗層,合成粒子可幫助感測器或照相機降低信噪比、提升太空望遠鏡的能力,防止光線反射干擾鏡頭,讓圖像更清晰,甚至也幫助太陽能電池板更有效的捕捉光線。這項研究已發表在《自然通訊》。

(首圖來源:賓州州立大學)