神奇！不用任何颜料，也能制造出五彩缤纷的颜色来音频：00:0006:32后退15秒倍速快进15秒随着我们逐渐了解大自然中彩虹色的秘密，我们可以制造新型的涂料，来给房屋降温。

要产生颜色，我们一般要用颜料或染料。譬如，画画用的颜料以及彩色打印机上的喷墨，等等。

大多数人都知道颜色产生的原理。一束像太阳光这样的白光，由许多不同波长(或颜色)的光波组成。当它照射到一个物体上，一些波长的光波被物体表面的颜色分子吸收，剩下的光波被反射或散射。于是，物体在我们眼里就显出一种特定的颜色。

没错，大自然中的颜色基本上是这样产生的，但这并不是故事的全部。

不用颜料也能制造彩虹色

你把一根塑料管浸入肥皂水，然后轻轻一吹，你就会吹出一串肥皂泡。它们反射阳光，表面形成斑斓的彩虹色。但是，肥皂泡上的颜色并不是根据上述原理制造出来的，因为肥皂泡上没有任何颜色分子。相反，它的彩虹色是利用光的棱镜效应产生的，其原理是：透过肥皂泡外表面照射到内表面的白光，当穿过厚薄不均的水膜反射回来时，会分解成不同颜色的光波。宝石蓝莓，世界上最蓝的果实，不含任何色素

你也可以在许多鸟的羽毛和昆虫的壳上看到闪烁着金属光泽的彩虹色。这也是一种完全不同的制造彩虹色的方式。如果在电子显微镜下观察，你会发现，它们的表面结构非常复杂，布满了许多微小的凸起、凹坑、毛发，等等。这些结构的直径通常都在纳米量级，与可见光的波长相当。不同波长的光波在这些微小结构上反射或散射，在我们眼里就形成了彩虹色。

自然界中能制造彩虹色的这些微妙结构，我们已经知道很长时间了。16世纪时，人们最早在孔雀羽毛中发现了它们。此后又发现，昆虫身上的彩虹色也属此类。

表面结构还能制造普通颜色

不过，表面结构并非只能制造彩虹色，也能制造普通的颜色。

非洲有一种叫“宝石蓝莓”的浆果，拥有世界上最鲜亮的蓝色。普通的水果有颜色，是因为它们的汁液里含有色素，而宝石蓝莓的汁液里不含任何色素。这种浆果的表面布满了纤毛，在电子显微镜下看，纤毛呈螺旋式结构，宝石蓝莓的鲜艳光泽就得之于光波与这些纤毛的相互作用。螺旋结构的纤毛大多数反射蓝光，少数反射其他颜色的光，所以整体效果就是一种带有金属光泽的蓝色。

与此类似，东南亚一种叫白金龟的甲虫，它们喜欢隐藏在白色的真菌中，所以进化出超白的外壳。研究表明，其白色也是利用表面结构来实现的。它们的外壳上分布着细小的鳞片，鳞片由眼花缭乱的小棒组成。小棒的尺寸都在纳米量级，与可见光的波长接近，几乎能反射所有的光波。

新近发现的一种天堂鸟则利用羽毛上的纳米结构来多次散射光线，使光线再也无法原路反射回去，从而达到使一部分身体显得超级黑的效果。它们以此来衬托其他地方的鲜艳色彩，吸引交配。典型的黑色羽毛反射3%~5%的光线，而这种天堂鸟的羽毛反射率不到0.3%。

可以散射红外光的表面

稍大的表面结构则会吸收或散射波长更长的红外光。红外光直接与热量有关，吸收红外光，热量增加;散射红外光，热量减少。

一些蝴蝶利用身体表面的结构，在早晨起飞前，吸收红外光，来“热身”。其他昆虫则利用其表面结构来战胜炎热。撒哈拉银蚁生活在气温高达50的沙漠中。它们的身体覆盖着棱镜状毛发，几乎可以反射所有的红外光。这使它们的体温降低，帮助它们在炎热的条件下生存。一种生活在印度尼西亚活火山上的长角甲虫也是如此。那里的地面温度可高达70。这种甲虫身上覆盖着高度反光的棱镜状毛发，使其保持凉爽。

受到这些昆虫的启发，科学家想知道，是否能设计一种可以覆盖在建筑物上，利用其表面结构来降温的涂层。

他们开发出一种聚合物薄膜，上面分布着尺寸在纳米量级的棱镜和陶瓷颗粒，以模仿长角甲虫棱镜状的毛发。涂层反射了约95%的光线(普通的白漆反射率约为70%)。在烈日下，将这种涂层贴在汽车发动机盖上，能使汽车的温度降低约5。科学家对美国八个城市建模后发现，与用白漆把房屋刷成白色相比，使用这种涂层来反射光，夏天空调的耗电量能减少一半以上。

更环保、更美观的涂层

结构性涂层的生产还更环保。白色涂料通常使用二氧化钛作为颜料。二氧化钛需要通过熔化岩石来提取，这对环境有一定的破坏。而结构性涂层的颜色来自其独特的结构，而不是特定的化学物质，所以其材料几乎可以是任何东西，包括可再生的材料，如回收的塑料或来自木浆的纤维素。

用于建筑物冷却的结构性涂层甚至不一定是白色的。把建筑物统一刷成白色，会使整个城市景观显得单调，并不是每个人都乐意接受的。但问题是，传统的涂料若采用其他颜色，会吸收大量的红外光，所以白色通常是保持凉爽的最佳选择。

为了解决这个问题，美国哥伦比亚大学的科学家开发出一种有两层的涂料：内层是彩虹色的结构性涂层，可以反射90%的红外光;外层则可以是任意颜色的普通涂料。测试表明，在夏天，即使外层选黑色，用这种有两层的涂料覆盖的房屋，比单纯用普通黑色涂料覆盖的房屋，室内温度低了近16。

拓展阅读：比白纸还白20倍

英国剑桥大学的科学家已经发明一种材料，它比普通的白纸白20倍。为了做到这一点，他们参考了东南亚白金龟的外壳。

通常，我们使用颜料来产生鲜艳的颜色。这些颜料的分子能吸收某些波长的光波并反射其他波长的光波。然而，为了产生白色，所有波长的光波都需要以相同的效率反射。在人造物品中，这通常通过掺入高折射率的颜料(如二氧化钛或氧化锌)来实现。

但白金龟外壳的白色不是来自色素，而是来自一种叫“几丁质”的天然分子组成的散射光的网络。科学家模仿这种结构，小心排列纳米纤维素管，制造出厚度只有百万分之一米的膜，其散射光线的效果也能产生鲜亮的白色。

纤维素不仅便宜、无毒、取之不尽，而且与二氧化钛和氧化锌不同，它容易降解，更环保。科学家希望该技术最终可以应用于涂料、化妆品，甚至食品等领域。