结构色,设计中的黑科技

2023-04-20 13:08:10 586


结构色,曾经是自然界中一种“神秘”的颜色。与普通颜料或染料不同,它的颜色不由化学成分决定,而是由物体内部的微观结构所决定。结构色通常出现在具有一定透明度的物体表面上,如蝴蝶的翅膀、昆虫的鳞甲、珍珠的光泽等等。它们的颜色常常色感鲜亮、明艳,并会随着光线的入射角度和观察者的位置而发生改变,显得难以预测和复制。


色彩
蓝色大闪蝶蝶翅复杂的脊状薄片结构。WU W, XIE H, LIAO G等. Linear Liquid Responses of Morpho Butterfly Structural Color:Experiment and Modeling[J/OL]. Wuhan University journal of natural sciences, 2016, 21(6): 473-481. DOI:10.1007/s11859-016-1199-9.

生活在南美洲的蓝色大闪蝶(Morpho Didius),也许是大家最耳熟能详的结构色代表。它的翅膀表面呈现出强烈、明亮、极致的蓝色,令人印象深刻。蓝色大闪蝶的翅膀覆盖着薄薄的鳞片,这些鳞片并不含有蓝色色素,而是有着一系列像小树枝一样的平行脊线结构。当光线进入该结构时,一部分光会在“树枝”的上表面发生反射,另一部分光会进入并在下表面发生反射,结果发生了和薄膜干涉同理的干涉现象,从而显色。建筑涂料:建筑内外墙涂料、地坪涂料(溶剂型+水性+无溶剂)、防水涂料、腻子

防护涂料:工程机械涂料、船舶涂料、集装箱涂料、石油管道涂料、建筑钢结构涂料


以这样的原理来获得颜色,色感持久不易褪色,材料更加轻盈、环保。来自加州大学旧金山分校纳米科学技术中心的团队,以此为灵感发明了一种等离子体涂料,利用无色材料铝和氧化铝的纳米级结构排列,控制光的反射、散射或吸收方式来显色,将结构色薄片与粘合剂相结合,可以形成各种颜色的、更持久、更节能的涂料。


Pablo Cencillo-Abad et al, Ultralight plasmonic structural color paint, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf7207
点翠,是一种在金、银、铜、纸等基材表面装饰翠羽的一种传统工艺。选择翠羽为饰,看重之处在于羽毛特殊构造所产生的鲜亮色彩,以及不同光线下颜色的微妙质感。但从环保和爱护动物的角度出发,如今的点翠工艺多用鹅毛、纺织品、烧翠等工艺替代。近日,名古屋大学的科研团队也受鸟羽结构色的启发,在实验室中研发出了一种新型的人工色素。

该团队使用“逐层”的方法构建了精细颗粒膜,重现了鸟类羽毛的微观海绵状纹理和黑色背衬颗粒。并通过芯的尺寸和层的厚度,控制最后的颜色。“我们仍有很多东西要从生物系统中学习,但如果我们能够理解并成功应用这些现象,一系列新的超材料将运用各种与光的相互作用实现色彩应用。”

水性色浆

Masanori Iwata et al. Bio-Inspired Bright Structurally Colored Colloidal Amorphous Array Enhanced by Controlling Thickness and Black Background, Advanced Materials (2017). DOI: 10.1002/adma.201605050

科学家与工程师们对结构色充满了好奇与期待,不仅是为了揭秘结构色的特殊呈色方式,更是因为结构色在产业中的应用前景。
不同观察条件下,结构色会呈现出不同的颜色和图案。从感性的视角而言,富于变化、难以捉摸的结构色,会给人一种神秘而不可思议的感觉,仿佛这种颜色和图案源自某种隐藏的力量,让人能够窥探到大自然深处的奥秘。因此,结构色常常在设计中用于增加神秘感、科技感与未来感。

雷瑟

以激光全息结构色为灵感的Holographic风格平面设计,鲜明醒目的色彩对比、强烈的光影渐变,创造出新颖、迷幻的视觉体验。


Holographic风格产品包装设计,采用镭射印刷工艺实现。

水性色浆


波光粼粼的珠光质感,为方正简洁的建筑外观增添了诗意与趣味。通常珠光质地主要是采用覆盖有二氧化钛薄层的云母实现,利用光线的干涉效应呈色。通过改变二氧化钛薄层的厚度,可以获得不同色彩的珠光颜料。
水性色浆

色感微妙的结构色,让服装色彩更加华丽、随性、变幻莫测。跟随着身体行走、摆动、光影的流转,色彩将呈现出自然流动的形态,增添极具动感的魅力与表现力。

水性色浆

渐变、珠光、镭射等肌理质感,在方寸之间为移动终端外观带来科技感与艺术感的结合。

为了实现这些色彩更加动态、丰富、复杂的结构色设计效果,需要IMT、NCVM等表面处理工艺的开发与实现。图片来源 :https://atomica.com,https://www.gzlaser.com/。
结构色,为色彩设计提供了富于创意的设计语言和视觉呈现方式,是设计师手中的魔法棒,也是工程师手中的“黑科技”。自然的深幽之美与人类的智慧之美,在这里交汇。

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图文编辑 | 宋文雯 邱丽欣 祝诗扬

文章由清华大学《基于设计学科的色彩艺术与科学应用研究》(2021TSG08202)项目支持

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