復(fù)旦大學(xué)研究人員首次將環(huán)境敏感的高分子材料聚二炔與碳納米管形成復(fù)合纖維，發(fā)展了具有電致變色的新型智能材料，該復(fù)合纖維通過電流刺激能迅速改變或還原顏色。這種新型的“變色龍”材料有望在軍事領(lǐng)域、航空航天、光電器件等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。這一研究成果已于9月13日發(fā)表在國際一流學(xué)術(shù)刊物《自然·納米技術(shù)》上。
生物體系會隨環(huán)境變化自動調(diào)控其結(jié)構(gòu)和功能，如變色龍在不同環(huán)境條件下顯示粉、藍(lán)、紅、橙、綠、黑、褐、黃等多種顏色。如何模擬變色龍合成敏感材料一直是科學(xué)研究的熱點，目前研究最多的一類敏感材料——聚二炔，在熱、離子、化學(xué)試劑、機械作用等刺激下能迅速改變顏色，變色機理為外界刺激改變分子構(gòu)象，導(dǎo)致其共軛鏈長變化，由于共軛電子發(fā)生躍遷所吸收的能量不同，導(dǎo)致指示顏色變化。雖然聚二炔受到刺激可以改變顏色，但因為聚二炔導(dǎo)電率非常低，通過的微小電流不足以刺激聚二炔構(gòu)象變化而變色，無法用電流刺激變色使得聚二炔刺激變色的環(huán)境因素大大受限；另外由于聚二炔受刺激后產(chǎn)生的顏色變化往往不可逆，也使得聚二炔的實際應(yīng)用范圍非常狹窄。
復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系聚合物分子工程教育部重點實驗室、先進(jìn)材料實驗室彭慧勝教授領(lǐng)銜的課題組自2008年始便致力于對碳納米管的研究，在一次試驗中，研究人員將某種聚合物聯(lián)接在碳納米管上，竟然發(fā)生了美妙的顏色變化，受此啟發(fā)，課題組開始試驗將聚二炔等高分子聚合物與碳納米管聯(lián)接。
碳納米管是由石墨層卷成的無縫、中空管體，由于獨特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，室溫導(dǎo)電率高達(dá)104 S/cm。彭慧勝課題組通過化學(xué)反應(yīng)或物理作用把聚二炔連接到碳納米管表面，從而制備出具有良好導(dǎo)電性能的聚二炔/碳納米管復(fù)合纖維。實驗顯示，當(dāng)加載超過臨界值的電流時，該復(fù)合纖維在兩秒鐘內(nèi)就可以發(fā)生顏色變化；卸載電流后，該復(fù)合纖維的顏色又在兩秒鐘內(nèi)恢復(fù)如前，彌補了聚二炔顏色改變不可逆轉(zhuǎn)的缺陷，使用電流刺激這一手段也使得該材料的應(yīng)用范圍大為拓展。該復(fù)合纖維適于大規(guī)模生產(chǎn)，具有工業(yè)化前景。相關(guān)技術(shù)已申請了多項國際國內(nèi)專利。
與普通化學(xué)纖維相似，聚二炔/碳納米管復(fù)合纖維可以根據(jù)實際需要方便地編織成各種形狀結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用在非常廣泛的領(lǐng)域。研究人員表示，電致變色和機械變色的敏感材料可能在顯色器、智能窗、敏感器件及記憶元件等多個領(lǐng)域具有應(yīng)用前景�；蛟S在不久的將來，根據(jù)自己的心情讓房屋的墻壁隨心所欲地變換顏色就能成為可能。
《自然·納米技術(shù)》雜志審稿人評價說，“……研究成果代表了復(fù)合材料領(lǐng)域的一個重要進(jìn)展，在敏感器件應(yīng)用上具有重要意義。這些研究成果將在材料科學(xué)、電子工程、化學(xué)工程等眾多領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛的興趣�！�