【大纪元8月11日讯】（大纪元记者李紫云编译报导）自然界中有许多炫目色彩的东西一直是人们收藏目标，例如蝴蝶翅膀标本、孔雀羽毛、蛋白石（opals）和珍珠，光线照射它们之后都会呈现炫目的色彩，主要是因为它们表面都有种类似光子晶体（photonic crystals）的结构。
所谓的光子晶体是指物质的微观结构因为特殊的周期性有序的排列，所以可以对特定频率的光作反射、绕射。其概念犹如市场上堆叠整齐的蔬菜、水果，有次序地由下往上整齐堆叠，可以防止其滑落。当这样结构缩小至奈米尺度时，粒子与粒子间的洞大小和光入射角度就会影响某些色彩光的反射。
似乎自然界创造这样的结构是非常容易的，但是，若要人工制造出整齐排列的奈米粒子需要一系列繁杂的步骤，由油性溶剂和水混和后，然后在大量地洗涤后才可以得到光子晶体结构。
现在有一群科学家声称已经可以简单地制造这样的光子晶体结构。他们分别是来至北卡罗来纳州立大学的化学分子生物工程系教授欧林‧毕利（Orlin D. Velev）、亚利桑纳州立大学生物工程系的麦纽‧玛奎斯（Manuel Marquez）教授，和马德里孔普卢顿大学光学系的索利亚‧麦利（Sonia Melle）教授等。
他们设计出利用胶体化学方法让奈米粒子在超疏水（superhydrophobic）表面快速地干燥，并整齐堆叠制造出炫目色彩的奈米粒子。这过程被简单化如同放置一滴在超疏水表面上，然后让它干燥一至二个小时。
而所谓的超疏水表面是指物质表面具抗水性质，例如鸭子的羽毛和荷叶。这种性能已经应用在纺织、涂料、建材等的制造上。
这些具有炫目色彩的奈米颗粒，他们称之为“奈米宝石”（nanojewels）。
毕利教授的研究生毕那亚克‧瑞斯托基（Vinayak Rastogi）在今年美国化学学会胶体与表面科学研讨会，发表他们最新“奈米宝石”论文。该论文也已经发表在今年八月最新期《先进材料》（Advanced Materials）期刊中。
制造光子晶体最大的困难在于如何设法使最终产物的光子晶体，得到最大的均匀性且最少的结构缺陷。
利用他们的新方法可以轻易地复制出大量且有序的光子晶体结构。一滴含有奈米粒子的水滴在超疏水表面上，然后自然地干燥形成有序结构的“奈米宝石”，有以下几个因素：
第一，因为在超疏水表面上水滴保持着球状，含有奈米粒子的水滴在表面张力下不会扩散而保持着球状。
由于水滴独立地立在在超疏水表面上，水滴中的水可以慢慢地蒸发，并保持着球状，不会因为快速蒸发而变形。水滴中的奈米粒子间可以尽可能的相互靠近，且以缓慢圆周运动地旋转，一直到所有的水分全部蒸发。
当在同一个水滴中含有两种大小粒径的奈米粒子时，小的奈米粒子将会移动水滴的表面，大的而留在中间。这是因为小的奈米粒子较具有更多的连续快速而不规则的随机移动，随同水分子移动到水滴表面，然后当水蒸发掉后，留下奈米粒子形成具有有序结构的“奈米宝石”。
玛奎斯教授说：“除了奈米宝石看起来灿烂外，最令人兴奋的事就是这项研究工作开启许多在新奈米材料的快速和便宜制造的可能性。”
毕利教授解释说：“这些奈米宝石可以应用在光电、药物投递、特别涂层和感应器等。”事实上世界各地已有许多科学家用很多方法制造出类似二维和三维的光子晶体，应用于发光二极管、光纤通信、微小激光器、超白颜料、天线、反应器和光学积分电路。
麦利教授又说：“不同大小的奈米粒子决定其不同的色彩，这些奈米宝石可以设计应用于光通信系统中。”
随着科学家开发出更多奈米粒子和奈米结构来投入市场和应用在不同的材料加工技术上，可以预见奈米材料单一尺寸和性能的特点将促进更多新应用，并且将会对奈米技术和相关产业的发展产生重大影响。***
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