Forskare har visat varför intensiv, rena röda färger i naturen produceras huvudsakligen av pigment, istället för den strukturella färgen som ger ljusa blå och gröna nyanser.

Forskarna, från University of Cambridge, använde ett numeriskt experiment för att bestämma gränserna för matt strukturell färg - ett fenomen som är ansvarigt för några av de mest intensiva färgerna i naturen - och fann att det bara sträcker sig så långt som blått och grönt i det synliga spektrumet. Resultaten, publiceras i PNAS , kan vara användbart vid utvecklingen av giftfria färger eller beläggningar med intensiv färg som aldrig bleknar.

Strukturell färg, som ses i några fågelfjädrar, fjärilsvingar eller insekter, orsakas inte av pigment eller färgämnen, men enbart inre struktur. Färgens utseende, vare sig det är matt eller iriserande, kommer beroende på hur strukturerna är ordnade på nanoskala.

Beställde, eller kristallint, strukturer resulterar i iriserande färger, som förändras när de ses från olika vinklar. Oordnad, eller korrelerade, strukturer resulterar i vinkeloberoende matta färger, som ser likadana ut från alla betraktningsvinklar. Eftersom strukturell färg inte bleknar, dessa vinkeloberoende matta färger skulle vara mycket användbara för applikationer som färger eller beläggningar, där metalliska effekter inte önskas.

"Förutom deras intensitet och motståndskraft mot blekning, en matt färg som använder strukturell färg skulle också vara mycket mer miljövänlig, eftersom giftiga färgämnen och pigment inte skulle behövas, " sa förstaförfattaren Gianni Jacucci från Cambridges Department of Chemistry. "Men, vi måste först förstå vad begränsningarna är för att återskapa dessa typer av färger innan några kommersiella tillämpningar är möjliga."

"De flesta av exemplen på strukturell färg i naturen är iriserande - hittills, exempel på naturligt förekommande matt strukturfärg finns endast i blå eller gröna nyanser, ", sa medförfattaren Lukas Schertel. "När vi har försökt att på konstgjord väg återskapa matt strukturell färg för röda eller orangea, vi slutar med ett resultat av dålig kvalitet, både när det gäller mättnad och färgrenhet."

Forskarna, som är baserade i Dr. Silvia Vignolinis labb, använde numerisk modellering för att bestämma begränsningarna för att skapa mättade, ren och matt röd strukturfärg.

Forskarna modellerade den optiska responsen och färgutseendet hos nanostrukturer, som finns i den naturliga världen. De fann att mättad, matta strukturella färger kan inte återskapas i det röda området av det synliga spektrumet, vilket kan förklara frånvaron av dessa nyanser i naturliga system.

"På grund av det komplexa samspelet mellan enkelspridning och multipelspridning, och bidrag från korrelerad spridning, vi fann att förutom rött, gult och orange kan knappt nås, sa Vignolini.

Trots de uppenbara begränsningarna av strukturell färg, forskarna säger att dessa kan övervinnas genom att använda andra typer av nanostrukturer, såsom nätverksstrukturer eller flerskiktiga hierarkiska strukturer, även om dessa system inte är helt förstådda ännu.