上图为卢奇格斯杯 (Lycurgus Cup),它在白天和黑夜可以呈现两种不同的颜色
收藏于大英博物馆的第四世纪罗马酒杯卢奇格斯杯( Lycurgus cup ),具有一种特殊性质,在白天当光线照射下,酒杯呈现绿色,到了晚上当周遭无亮光时,以白色灯光由酒杯内向外透射,则呈现洋红色。从色彩学来解释此现象,并不困难,这只酒杯对绿光有很强的反射,但对于红光和蓝光既不吸收也不反射。 因此,白光从外照射,酒杯只反射了绿光,于是呈现绿色;一旦遮蔽四周的光线,改由灯光从杯里透射出来,只有红光和蓝光能穿透出来,酒杯就呈现出洋红色。 若分析这只酒杯的化学成分,发现主要为二氧化硅73%、含钠的氧化物14%和含钙的氧化物7%,这与现代玻璃的成分相近。
为什么这只玻璃酒杯的成分与一般玻璃相近,却有如此奇特的色泽变化?为解答这个疑惑,大英博物馆与University of Essex 的Barber教授合作,经过仔细地化学分析,发现这种酒杯的成分中,含有少量的金( 40 ppm )与银(300 ppm)。 通过透射电镜观察,可发现玻璃中存有金属纳米粒子,约70纳米。 进一步X射线分析,发现是金和银的混合物,金、银比例约为3:7。 所以这只罗马酒杯之所以能反射绿光,主要是因为玻璃中的金属纳米粒子对绿光有很强的散射所造成的。
金纳米粒子因其尺寸和形状的差异展现出不同的颜色。中世纪欧洲大教堂的彩绘玻璃(stained glass) 也是利用在玻璃中添加不同的金属而产生不同的色彩。 当阳光由户外透射过彩绘玻璃,所呈现的华丽色彩再加上教堂内庄严肃穆的气氛,很容易令人感受宗教的伟大。 在十七世纪,制作彩绘玻璃的工匠就已经知道,添加金粉于玻璃中可以产生红宝石色(ruby red)的效果。 值得注意的是,古代工匠所添加的金粉大小,应该是大于数个微米。如果是这种尺寸的粒子埋于玻璃中,并不会产生红宝石色的透射效果;只有当金粉熔化,溶于玻璃中,等凝固重新析出金的纳米粒子后,才可能产生这种效果。