耶魯大學學者發(fā)現(xiàn)，在不改變材料化學組成的情況下，只改變材料微小晶體的晶格可以使材料顏色發(fā)生改變。以此研究人員研制出拉致變色薄膜，可用于變色傳感器。
材料學家經(jīng)常會從大自然中尋求靈感，但是發(fā)明趕上生物學的發(fā)現(xiàn)通常會花費一段時間。就在這周早些時候，瑞典科學家揭露：變色龍是通過擴大它們皮膚下微小晶體的晶格來改變顏色的，F(xiàn)在加利福尼亞的研究者報道他們已經(jīng)制造出了一種薄膜——當施加拉力時薄膜就會變色。這種薄膜可以用來制作變色傳感器，這樣工程師們就可以監(jiān)測有潛在危險的橋梁或機翼的結構變化。
“這兩項研究表明大自然和技術人員經(jīng)常集中于用同樣的辦法去解決他們所面臨的挑戰(zhàn)，”Richard Prum（耶魯大學研究動物如何變色的鳥類學家）說道。“這種新型薄膜在科技上擁有廣闊的發(fā)展前景，”Prum說，“這同時還說明了研究生物的價值。”
我們通？吹降那嗖、鮮花、顏料和織物的顏色是白色廣譜光線照射到他們表面產(chǎn)生的。每種表面獨特的化學成分會吸收不同波段或波長的光。那些沒有被吸收的光會被反射回來，反射短波長的表面會有種藍色調(diào)，反射長波長的物體表面會發(fā)紅，彩虹或許是反射了藍光和紅光之間的所有波段的光。改變物體表面的顏色，例如改變秋天樹上樹葉的顏色，需要改變它們的化學組成。
但是那并不是變色龍變色的方式。變色龍不是通過改變他們皮膚中吸光色素的化學組成來變色的，而是通過改變皮膚中嵌入物質的反射光線的方式來實現(xiàn)變色的。在這種情況下,爬行動物皮膚的表面有一層細胞稱為色素細胞。這些細胞含有由鳥嘌呤（DNA的重要組成成分）組成的球形微晶。微晶排列在一個規(guī)則的三維晶格中,就像水果店中擺放的橙子。這樣的排列方式使它們能夠強烈地反射一組波長的光，進而使它們顯示出顏色，例如綠色。但是本周在《Nature Communications》雜志中，由瑞士日內(nèi)瓦大學的基因學家Michel Milinkovitch帶領的研究團隊報道了變色龍之所以能夠快速變色是因為它們改變了色素細胞中的鹽平衡。這會導致細胞吸水腫脹，增大微晶之間的距離，進而導致微晶陣列反射長波長的光，例如黃色。
今天，由加州大學伯克利分校的電氣工程師ConnieChang-Hasnain帶領的研究團隊在《Optica》雜志上報道了他們用一種相似的方法制作出了能從綠色變?yōu)槌壬乃芰媳∧。為了制作這種薄膜，他們在一個很薄的硅片薄膜上刻蝕出一個1cm2的微孔陣列，每個微孔的直徑都小于可見光的波長。然后，他們把硅片陣列嵌入到一張柔性的塑料薄膜中。接著彎曲、對折或者拉伸這種薄膜，由于形變使得微孔之間的空間距離發(fā)生變化，薄膜產(chǎn)生了絢麗的顏色。這種薄膜可以反射照射在它表面83%的光線。
這預示著未來的潛在應用。Prum說這種薄膜有可能應用于一種全新能效等級的全彩電子書或其他電子器件。傳統(tǒng)的背光彩色顯示器例如iPad和Kindle都很費電，這是因為傳統(tǒng)的顯示器是靠電力驅動的原理來使顯示器顯示特定的色彩。然而，利用微小動作來操縱顏色的顯示器可能就不需要持續(xù)的電力輸入，這使得顯示器擁有更長的續(xù)航能力。同樣利用這種材料的變色能力可以制作新奇的傳感器來展示橋梁、建筑甚至機翼的結構變化。通過這些應用方式，我們可以通過簡單地觀測傳感器由綠色變?yōu)槌壬珌眍A示危險的磨損和撕裂，甚至可能拯救生命。節(jié)選自《材料人網(wǎng)》。
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