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  受魚類皮膚中天然虹色啟發(fā)，德國(guó)科學(xué)家研究出了一種可在扭曲變形時(shí)改變顏色的石墨烯基材涂層。它提供了一種簡(jiǎn)便方法，能警告建筑物、橋梁和其他結(jié)構(gòu)物中所藏有的隱性損壞。

  許多材料都由化工顏料著色，這些成分會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的光并反射其余的光，也就是我們通常所見的“顏色”。另一些材料的色彩則是由周期性排布的微觀表面結(jié)構(gòu)生成。而這些結(jié)構(gòu)會(huì)造成反射光之間的干涉，使其在某些特定可見光頻率被放大。這種呈現(xiàn)方式存在于自然界最活躍的材料之中，從魚鱗到孔雀羽毛、蝴蝶翅膀和軟體動(dòng)物的皮膚。

魚鱗上豐富的結(jié)構(gòu)色

  受這些例子啟發(fā)，萊布尼茨聚合物研究所高尚林領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種由納米級(jí)石墨烯薄片組成的結(jié)構(gòu)性色彩涂層。高尚林說(shuō)：“材料變形會(huì)引起顏色的變化，因此這種新材料就像某種交通指示燈，能夠警示出建筑物和交通工具中的隱性損壞。

  一般情況下，涂層為紅色，產(chǎn)生變形時(shí)會(huì)略顯黃色，當(dāng)開裂達(dá)到微米級(jí)別時(shí)則會(huì)變?yōu)榫G色。這種變色能力來(lái)自于包覆著玻璃纖維的半透明平行層狀石墨烯薄片的精準(zhǔn)初始定向性質(zhì)。在壓力下，這些層結(jié)構(gòu)壓縮變扁，從而改變了反射光的干涉和顏色。

涂層為紅色，產(chǎn)生變形后會(huì)略顯黃色，當(dāng)開裂達(dá)到微米級(jí)別時(shí)則會(huì)變?yōu)榫G色

  結(jié)構(gòu)性損壞往往始于一些微小的開裂和變形，高尚林解釋道：“通常來(lái)說(shuō)，這些微米級(jí)的裂紋很難被檢測(cè)到。”當(dāng)這些難以察覺(jué)的缺陷積累到一定程度時(shí)，最終可能導(dǎo)致突發(fā)的災(zāi)難性崩塌和嚴(yán)重事故的發(fā)生。而在建筑甚至是交通工具表面涂上高尚林的這種材料后，損壞初期就能得到清晰可見的警告。

  美國(guó)加利福利亞大學(xué)伯克利分校微觀及納米光子學(xué)家邁克爾巴特爾（Michael Bartl）對(duì)此項(xiàng)成果表示贊揚(yáng)，“這種材料潛力巨大，可以把它當(dāng)作非破壞性集成傳感器，用以監(jiān)測(cè)那些在建筑、汽車和飛機(jī)中所使用的復(fù)合材料的狀況”他說(shuō)道。

  “但要想真正應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)，我們還需對(duì)這種涂層材料的性能和功能表現(xiàn)有更多的了解”高尚林補(bǔ)充道。

  論文鏈接：https://www.chemistryworld.com/news/colour-changing-graphene-skin-reveals-hidden-damage/3007082.article