由蝴蝶翼秤产生的光学幻觉是超黑色，轻质材料的秘密

一些蝴蝶的翅膀上的黑色斑块比日常的黑色物体暗的10至100倍。从左上方顺时针方向：Catonephele Numilia，别墅，İliCONIUSDoris，别墅。

一些蝴蝶有超黑色的翅膀，竞争使用人类的最糊成的材料，使用只有厚度的翼展，这就是他们的方式。

搭配一张黑色施工纸，雄性牛蝴蝶的翅膀看起来比黑色更黑。

“有些动物已经拍了黑色到极端，”杜克大学生物学家SönkeJohnsen的研究生亚历克斯戴维斯说。

他们学习的蝴蝶比木炭，新鲜沥青，黑色天鹅绒和其他日常的黑色物体暗的10至100倍。击中它们的光少于0.06％的光被反射回眼睛。这接近了人类制造的最黑色的黑色涂层，帮助太阳能电池板从太阳中吸收更多能量，或者该线伸缩率来减少杂散光。

然而，它们使用只有几微米的翼秤实现这种轻捕效果，只有一个像最厚的合成涂层一样厚的分数。

在3月10日问题期刊自然通信的研究中，Duke研究人员报告说，来自地球仪的不同地区的超黑蝴蝶似乎融合在同一伎俩上。他们说，让黑色的秘诀是黑暗和轻质的，并不是黑色素的过剩 - 负责乌鸦的羽毛或黑猫毛皮的颜料。它是由蝴蝶翼尺度的三维结构产生的光学幻觉。

光进入他们的鳞片，但它很少会反弹出来。

特写镜头看着Rajah Broke的鸟笼蝴蝶的翅膀与扫描电子显微镜揭示了陷阱灯的翼秤中的微小结构，以便几乎没有逃脱。

在研究中，戴维斯，约翰森和杜克教授FRED Nijhout采用了高分辨率扫描电子显微镜和计算机模拟，以检查10种超黑蝴蝶的翅膀上的微观结构，以及来自中南部的四种常规黑色或深棕色蝴蝶美国和亚洲。

蝴蝶翅膀可能会光滑到肉眼。关闭它是一个不同的故事。千万次放大，蝴蝶翅膀被鳞片覆盖，带有网状脊和孔的脊状表面，该洞穴的孔频道光线进入刻度的海绵内部。在那里，柱状横梁的组织散射光直到它被吸收。

直到最近，对一些黑蝴蝶的令人难以置信的光吸收性质的解释是它是由于鳞片表面上微小孔中的蜂窝状图案。

但新的研究表明“无论如何，”约翰森说。看着蝴蝶从四个亚特征 - 已被检查到约会的最广泛的超黑蝴蝶 - 团队发现其他超黑色蝴蝶使用蜂窝和蜂窝的各种形状和尺寸的孔吸收相似的光线。矩形到雪佛龙模式。

事实证明，超黑色和常规黑色尺度之间的关键差异在其他地方。当他们在电子显微镜下看着蝴蝶的翅膀时，他们发现超黑色和常规黑色鳞片都在其表面和柱内有平行的脊。但与“正常”的黑色秤相比，脊和支柱在超黑色尺度上更深，更厚。

当团队在计算机模拟中模仿不同的机翼尺度时，缺乏脊状表面或内部柱的尺度最多可容纳16倍。戴维斯说，这就像从超黑色到深褐色一样。

这3-D架构在吞咽光明中是如此擅长，即使在涂有金色时，超黑色鳞片仍然是黑色的。

“你几乎不能让他们闪亮，”戴维斯说。

在其他动物中出现了类似的深黑色，例如孔雀蜘蛛和天堂鸟类，已知为可见光的0.05％。

这些自然美女都没有像记录中最黑的合成黑人一样黑暗，它使用紧密包装的“森林”的碳纳米管高约10至50微米的碳纳米管高于99.99％。研究人员所说的是蝴蝶有趣的是，他们竞争最佳的光捕获纳米技术，使用只有厚度的级分的结构。

最终，调查结果可以帮助工程师设计更薄的超黑色涂料，以减少杂散灯，而不会称重，用于从军事伪装的应用 - 用于夜间无法看到的隐形飞机或被雷达检测到射入空间望远镜在微弱的，遥远的星星。

约翰森说，为什么紫黑色着色在蝴蝶家族树上又难以忽略了，而且再次出现了。

许多雄性蝴蝶的翅膀上的黑暗比其女性同行更暗，所以一个理论是它有助于他们炫耀到潜在的伴侣。黑色地区总是边界白色，彩色或彩虹色贴片，所以想法是它们可能像黑色相框一样工作，以使斑块更亮。

“艺术家已经知道了很长时间，在不同的背景下相同的颜色看起来非常不同，”约翰森说。

下一步，戴维斯说，是pu出来蝴蝶已经进化了超黑色翅膀，并确定这些物种是否有任何共同点，可能有助于解释更新的原因。

“为什么这么黑？”戴维斯说。“我们认为它可能是对伴侣或捕食者的某种信号。但是有一系列其他可能性，我们希望明确表达。“

“蝴蝶的不同纳米结构薄薄的超黑色鳞片”由Alexander L. Davis，H.Frederik Nijhout和SönkeJohnsen，2020年3月10日，Nature Communications.doi：
10.1038 / S41467-020-15033.1.

该研究得到了Duke University生物学系和Sigma Xi助剂的支持。