科学家们以一种新的方式制造彩虹

科学家们以一种新的方式制造彩虹

化学家偶然发现了一种将反射光分离成彩虹色的新方法 - 一种称为彩虹色的现象。 这种令人惊讶的简单技术,是先前已知的技术的混合体,可以具有科学和美学的应用。

“这真的很酷,”加拿大基洛纳不列颠哥伦比亚大学的光学工程师Kenneth Chau说,他没有参与这项工作。 “我很惊讶我自己没有在实验室里看到它。”

在彩虹色中,物体以不同的角度反射不同的颜色,将白光分离成其组成的颜色。 实现它的一种方法是通过折射,当光从一种半透明介质传递到另一种半透明介质时弯曲。 例如,当光线进入球形雨滴,从它们的背面反弹,然后在它离开水滴时再次弯曲时,彩虹会出现。 整个过程以不同的角度重定向不同的颜色,将它们展开以形成彩虹。

当薄的半透明薄膜位于反射表面的顶部时,如水坑上的油,也会产生彩虹色。 一些光波从薄膜顶部反射,一些从底部反射。 取决于薄膜的厚度,观察角度和光的波长,波将重新组合并干涉彼此增强或相互抵消。 这种薄膜干涉使油性水坑成为彩色条纹。

最后,当光从更复杂的周期性结构(例如光盘中的凹槽)反射时,可以通过衍射产生彩虹色。 同样,取决于光的波长和观察它的角度,从凹槽回弹的光波可以干涉彼此增强或相互抵消。 这种衍射解释了一些蝴蝶翅膀和人造的鲜艳色彩。

现在,州立大学宾夕法尼亚州立大学的材料化学家Lauren Zarzar及其同事报告说,以一种新的方式产生彩虹色。 他们在2017年初发生了这种情况,当时他们制作了含有两种油的微米级球形液滴,其中较轻的油形成了小扁豆形的上层,研究人员希望将其用作镜片。 但令人惊讶的是,当从上面照亮时, ,该团队今天在“ 自然”杂志上报道。

扎尔扎尔说她的团队当然不是第一个见证这种效果的人。 “人们来找我说,'哦,我确切地知道你在谈论什么! 我也看过了。“”然而,文献检索却没有提到它。 研究人员认为它必须是折射或衍射效应,但这些方案无法适应数据,Zarzar说。

只有在剑桥麻省理工学院的机械工程师和团队成员Sara Nagelberg和Mathias Kolle进行的计算机模拟中才能获得清晰度。 他们的分析显示,彩虹色通过一种融合了先前已知元素的某些元素的新机制而出现。

最后,可以在一个更简单的系统中证明并最容易地解释这种效果:水滴从培养皿盖子的下侧凝结并悬挂。 进入液滴一个边缘附近的光波可以在离开另一个边缘之前从液滴圆顶反弹两次或更多次 - 就像光线从彩虹中的雨滴背面反射一样。 然而,从与液滴中心稍微不同的距离进入的光波可以反弹不同的次数。 并且弹跳不同次数的波可以相互干涉和加强,如衍射或薄膜干涉。 结果,不同的颜色出现不同的颜色,这可以通过改变液滴的大小来控制。

“我们真的绞尽脑汁待了一段时间,”扎尔扎尔说。 “没有其他解释能够与效果相匹配。”Chau说,“他们做了详细的实验和模拟,看看效果是如何产生的。”

新的效果可能与飞机乘客在云层上飞行时看到的荣耀有关。 如果太阳从正上方照射,下面的飞机阴影将出现在彩虹般的靶心周围。 该效应被认为是由于在云中的水滴内反射的光波的干扰而产生的。

工程师已经使用薄膜和折射颗粒在视频显示器,油漆和装饰性墙壁覆盖物中产生彩虹色。 凭借其简洁性和可调节性,新效果可以打开为世界着色的方法。 Chau说:它有一个明显的局限性:入射白光必须来自特定的方向,因此效果在环境光下不起作用。 尽管如此,“人类总是在寻找新的和不同的方法来生产人造色素,”他说。 “我预计这肯定会有很多探索。”

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