彩虹色的巧克力是什么,吃起来更香吗?

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  五彩斑斓的黑,难倒了设计师,但难不倒科学家。使用“结构色”,巧克力也可以焕发彩虹色彩。

  

  五彩斑斓的黑巧克力。|Giulia Marthaler-ETH Zurich

  作者 | 龙浩(电子科学与技术博士)

  巧克力的馨香,给人无限回味;五彩斑斓的颜色,惊艳视觉。当色彩和香味碰到一起,仿佛打开了新世界。

  最近,瑞士苏黎世联邦理工学院的科学家们,通过纳米技术,做出了一款酷炫巧克力。它的表面自然散发彩虹色彩,每一个看到它的人,都不禁要感叹一句:难道,这就是彩虹的滋味吗?

  

  

  香香的巧克力,表面颜色和甲壳虫如出一辙,不知道嚼起来有没有油炸蛋白质的酥脆口感?|Giulia Marthaler-ETH Zurich;google.com.au

  结构色巧克力

  要在这样甜蜜的食物上,做出五彩斑斓的颜色,不仅仅是想象力的问题。如果放在显微镜下,你会看见巧克力表面有很多微小的沟槽。

  这就是传说中的结构色。不依赖于色素或其他添加剂,仅凭微结构对光的衍射和散射,就可以显示绚丽的色彩,和平常所见“色素色”截然不同。

  它就像变色龙一样——它们使用皮肤结构的变化来散射特定波长的光,从而不断改变身体的颜色——单纯的色素细胞可办不到。

  自然界中常见的“彩虹”还有贝壳、蝴蝶翅膀等,其上也满布纳米尺度的图案,以线条、鳞片或孔洞的形式出现。虽然样式不同,但都是使用微结构对光的作用,来达到虹彩效果。

  

  

  自然界中的“色彩大师”——变色龙(上)以及漂亮的蓝闪蝶(下),左下为蓝闪蝶翅膀上的微结构 | tracts4free.wordpress.com;©2016 IOP Publishing Ltd

  为了制造这种虹彩巧克力,一位产品开发人员猜测,研究者们制造了一种纳米科技的巧克力模具,使用电子束光刻技术在玻璃或硅片上蚀刻约100纳米宽的线条,然后将热巧克力放在模具里,加以冷却凝固。如此就算完成了“表面功夫”,彩虹色大功告成。

  而这种结构色并不是第一次出现在食物上。只要回想我们的日常吃食,有时候在煮熟的牛肉上也会见到它。

  研究表明,牛肉上的“彩虹”是肌肉纤维微观结构产生的,是一种结构色,与安全性无关。而水煮及腌制牛肉的横切面上,肌纤维更加规则,虹彩也更明显。

  

  一块焕发绿光的牛肉 | 来自网络

  研究人员希望将这种着色技术推广到大众市场。就目前而言,结构色的制作也并不复杂。新冠疫情期间,一些技术人士就一直在家里玩各种彩虹烘焙。

  为工艺品增色

  而巧克力只是纳米着色的开始。可以想到,纳米加工技术与一些平时不会想到的材料,例如食物、织物、纸张和塑料结合,将产生一些真正令人兴奋的产品。

  例如,日本一家叫Teijin Fiber的公司,用结构色方法制作了一种以蝴蝶命名的织物“Morphotex”,并做成了连衣裙,在不同角度会看到不同的色彩。

  去年,日本京都大学的研究人员,还通过改变纸张的微结构,未采用任何墨水和颜料,就仿制出了一幅《神奈川冲浪里》高清名画。这幅特殊的画尺寸仅1毫米,图案分辨率是传统喷墨打印的三倍。并且,永不退色。

  

  未采用任何颜料绘制的《神奈川冲浪里》(正中间),纸张为一种可人工合成的聚合物 |iCeMS, Kyoto University

  这样环保又持久的上色方案,对食物、织物、艺术品,真是再合适不过了。日用品借助结构色的神手,也将光彩大增。

  “硬核”应用

  科学家们一旦研究这个,当然不会只满足于酷炫的食物,或什么日用品,也会希望将它用于更“硬核”的领域,例如,芯片。

  因为关于结构色的应用,本质上都是通过微结构设计,实现对光子的调控。而当前集成电路芯片中的各种半导体器件,都是基于对电子的调控,来实现逻辑运算和信息传输。

  那么,在以电子为信息载体的半导体器件能力已达极限的情况下,是否可能使用光子调控,来实现更小型化、更低功耗和更强运算能力的下一代光子计算芯片呢?

  与之相关的光子晶体、量子计算等研究已经在路上,让我们拭目以待。

  

  光量子处理器。小世界里蕴藏着大奥秘。|University of Bristol

  你还知道哪些结构色?

  参考文献:

  [1]https://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/nanotechnology/researchers-create-shiny-rainbows-of-nanotech-chocolate,2020.

  [2]SarahE. Jackson, Lee Smith, Joseph Firth, et al., Is there a relationship betweenchocolate consumption and symptoms of depression? A cross‐sectional survey of 13,626 US adults, Depression & Anxiety, 2019,36(10):987-995.

  [3]H.J.Swatland, Iridescence in beef caused by multilayer interference from sarcomerediscs, Meat Science, 2012, 90:398–401.

  [4]MasateruM. Ito, Andrew H. Gibbons, Detao Qin, et al., Structural colour using organizedmicrofibrillation in glassy polymer films, Nature, 2019, 570:363–367.

  [5]CaryA Tippets, Yulan Fu, Anne Martine Jackson, et al., Reproduction and opticalanalysis of Morpho-inspired polymeric nanostructures, Journal of Optics, 2016,18:065105.

  文章由“十点科学”(ID:Science_10)公众号发布,转载请注明出处。

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