師法毛蜘蛛非炫彩結構色材料之研發

關於此計畫

自然界中很多亮麗的色彩都由奈米結構產生，而非色素。但是它們的應用被炫彩現象所侷限 -- 所謂炫彩就是顏色及亮度隨視角而改變。本計畫致力於模倣毛蜘蛛用以產生明亮、非炫彩藍色之奈米結構，以期對下一代廣角節能彩色顯示器之研發有所助益。尤有甚者，非炫彩結構色料未來有可能取代昂貴且有毒的人造色素與染料。

計畫背景

我們最近發現某些毛蜘蛛使用獨特的奈米結構產生鮮豔的藍色，這些奈米結構從未在其它藍色的物種（例如鳥或蝴蝶）中發現過。我們分析了數種不同的奈米結構，發現這些藍色結構在毛蜘蛛中至少經過八次以上的獨立演化。更神奇的是這些藍色並無所謂的炫彩現象，與一般在鳥類與蝴蝶中觀察到的閃亮結構色不同，因此具有更大的可視角。我們的假說是：儘管顏色是由多層奈米結構所產生，炫彩現象則是由蜘蛛毛的階層性表面結構所控制。我們希望使用奈米 3D 列印技術，製造出一系列具備某些蜘蛛毛特徵的實體模型，來驗證光學模擬的結果。

本計畫之重要性

儘管炫彩現象可以作為「閃光」訊號，被求偶中的鳥類與蝴蝶所用，對於光學科技來說，用處不大。與色素所產生的顏色相比，結構色通常更豔麗、也不會褪色; 但炫彩限制了結構色在人類生活上的普遍應用。舉例來說，儘管這個使用結構色原理、師法蝴蝶顯示器，可以在陽光直射的環境下使用，且更節能，但從未打入主流市場。就是因為炫彩限制了其可視角。我們相信這個限制，可以經由師法毛蜘蛛體毛的奈米結構所打破。這個結構經由主控機制之配合，有可能被經濟化的量產，成為製程技術上的突破。這些奈米結構有一天甚至有可能取代化學染料或是色素，讓世界更美好。

本計畫的目標

根據結構複雜度的不同，我們設計了五種結構，每一種結構漸進式地採用更為逼真的蜘蛛毛特徵結構。奈米 3D 列印將被用來製造這五種結構，如此我們將可經由實驗測試假說，並決定哪些結構特徵會產生顏色、哪些特徵會消除炫彩。一旦我們達成募款目標，並取得所需的經費後，我們就會開始製造這些結構。有了這些結構後，我們將使用角度解析反射光譜儀，比較每一種結構所產生顏色的角度依賴性。我們也將在不同的觀察角度，拍攝一系列照片，直觀地比較視覺上感受的差異，如同 Fig. S4. 經由這些步驟，我們將能夠分辨出這複雜奈米結構上的不同特徵是如何影響顏色的特性。

預算說明

本計畫是依仿生思考流程而設計，是已經發表研究成果之延伸。為了驗證假說，我們計畫使用 nanoscribe 公司的 Photonic Professional GT 來奈米 3D 列印蜘蛛毛結構原型，並將列印覆蓋於數公釐大小的基材試片上。能夠使用奈米 3D 列印技術進行如此大面積、大規模的列印是本實驗成功與否的關鍵。目前，市面上除了 Photonic Professional GT （售價一千兩百萬台幣）外，尚無其它技術能滿足本計劃的需求。 3D 列印步驟所需之經費，粗估為 60 萬新台幣。目前，我們已由其它管道獲得 40 萬之研究經費，仍短缺 20 萬元。最複雜結構原型初步列印測試已經獲得了成功。因此，我們在這邊，請求您的協助。請幫我們實現這個奈米製程，並幫助我們實驗的最終成功！謝謝您！