مروري بر رنگ‌هاي ساختاري در طبيعت با بررسي نمونه‌هايي از توري پراش

A Review on Structural Colors in Nature in the focus of Diffraction Grating

دنيايي از رنگ‌هاي گوناگون در طبيعت پيرامون ما گسترده شده است كه شناسايي و فهم چگونگي شكل‌گيري آنها در حوزه‌هاي مختلف علمي مورد توجه است. در مجموع سه منشأ اصلي براي رنگ‌هاي موجود در طبيعت شناخته شده است: رنگدانه‌ها، بيولومينانس و رنگ‌هاي ساختاري. رنگ‌هاي ساختاري شيوه متفاوتي از توليد رنگ بدون وجود رنگدانه هستند كه بسياري از موجودات در طبيعت همانند انواع سوسك‌ها، پروانه‌ها و پرطاووس رنگ‌هاي درخشان و خيره‌كننده‌اي با قابليت‌هاي منحصربفرد بر اساس اين روش از خود به نمايش مي‌گذارند. رنگ‌هاي ساختاري در نتيجه برخورد نور با ساختارهاي ويژه‌اي كه در مقياس نانو و ميكرو در اعضاي مختلف بدن اين موجودات وجود دارد، ايجاد مي‌شوند. متداول‌ترين سازوكارهايي كه علت به وجودآمدن رنگ‌هاي ساختاري هستند شامل تداخل لايه، پراكندگي، بلورهاي فوتونيك و توري پراش مي‌باشند كه از ميان آنها تداخل لايه متداول‌ترين روش مورد استفاده در طبيعت است. اين روش‌ها بصورت مستقل و يا تركيبي در طبيعت مورد استفاده هستند. به غير از حيوانات كه وجود رنگ‌هاي ساختاري در آنها بيشتر شناخته شده است، گياهان نيز نمونه‌هاي فراواني از كاربرد رنگ‌هاي ساختاري را در خود دارند. اين مقاله به روش توصيفيتحليلي به معرفي سازوكارهاي توليد رنگ‌هاي ساختاري با تمركز بر روش توري پراش مي‌پردازد. توري پراش از كمياب‌ترين روش‌هاي مورد استفاده در طبيعت است كه رنگ‌هاي رنگين‌كمان ايجاد مي‌كند و نمونه‌هايي از آن در سنگ اوپال، برخي از انواع سوسك‌ها و پروانه‌ها و گياهاني چون گل باميه و لاله وجود دارد.

We live in a nature full of different colors around us. Different areas of science were interested understanding the means of colors been produced in nature. Three main sources have been identified for nature’s colors: pigments, structural colors and bioluminescence. Structural colors are a different way in producing color which is not based on pigments. Many various types of creatures such as beetles, butterflies and peacock feather show bright and attractive colors based on structural colors. Structural color is a special one, which is the color produced from complex interaction between light and sophisticated nano or microstructures. The most common mechanisms of structural colors are film interference, diffraction grating, scattering and photonic crystals. Film interference is the mostly used one. The mechanisms mentioned are used independently or combined with each other in nature. Along with animals which are best known for structural colors, there are many examples of plants in case too. This paper presents an overview of various relevant mechanisms in nature and focus on diffraction grating in details. Diffraction gating is rare than other methods and produces iridescent colors. Some examples of it have been recognized in opals, beetles, butterflies and some plants like hibiscus and tulip flowers.