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  智能變色材料在熱、磁場(chǎng)、輻射、機(jī)械應(yīng)變等外界刺激下可以實(shí)現(xiàn)顏色的轉(zhuǎn)變，在智能窗口、顯示設(shè)備、防偽、加密等領(lǐng)域具有重要價(jià)值。自然界中，尼柯巴鳩、安娜蜂鳥、鉆水鴨等鳥類擁有可變色的美麗彩虹色羽毛。有趣的是，在羽毛表面有序排列的微納紋理結(jié)構(gòu)還使其具備超疏水性，并賦予了羽毛優(yōu)異的自清潔能力，起到保護(hù)變色結(jié)構(gòu)、保持亮麗色彩的作用。此外，智能變色材料在實(shí)際應(yīng)用中常面臨由機(jī)械損傷造成的色彩退化、材料廢棄等問題，因此賦予其修復(fù)性對(duì)提高材料耐用性、延長(zhǎng)使用壽命具有重要意義。

  最近，華南理工大學(xué)李紅強(qiáng)副教授/曾幸榮教授課題組與美國(guó)康涅狄格大學(xué)孫陸逸教授課題組合作報(bào)道了一種可修復(fù)超疏水熱致變色薄膜（STS）。該薄膜由三部分組成，包括頂部的熱致變色層、中間的還原氧化石墨烯（rGO）電加熱器及底部的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）基底層。STS表面溫度在0.64 W輸入功率下升至50 ℃，薄膜從藍(lán)色快速轉(zhuǎn)變?yōu)榉奂t色，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色，此變色過程可在撤去電壓后可逆回復(fù)。由于顏色轉(zhuǎn)變的激發(fā)溫度較低，一些常見熱源如體溫、吹風(fēng)機(jī)等即可有效驅(qū)動(dòng)STS的顏色變化，在實(shí)際使用中十分便利。此外，結(jié)合低表面能的PVDF-HFP及其與熱致變色微膠囊在噴涂中形成的粗糙結(jié)構(gòu)，STS表面呈現(xiàn)超疏水狀態(tài)，接觸角為155°（圖1）。

圖1. a）尼柯巴鳩的羽毛；b）STS的制備過程、變色行為、表面形貌及超疏水性

  由于柔性PVDF-HFP分子鏈上極性-CF3基團(tuán)間的動(dòng)態(tài)偶極-偶極相互作用，切開的STS在愈合后可以實(shí)現(xiàn)表面形貌、力學(xué)性能的恢復(fù)以及rGO膜導(dǎo)電通路的重建。愈合STS在愈合區(qū)域保持高度疏水性，且在彎曲和扭轉(zhuǎn)變形中保持良好的導(dǎo)電性（圖2）。

圖2. STS的愈合行為及機(jī)理

  利用STS與手指、鐵片和水滴接觸產(chǎn)生的溫差為刺激源，將STS用于觸覺成像和書寫記錄板中，具有色彩艷麗、短暫顯示、自動(dòng)擦除和可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。此外，將具有多級(jí)變色性的STS用于防偽標(biāo)志，具有輕松識(shí)別、偽造困難等優(yōu)點(diǎn)（圖3）。

圖3. a-c）手指、鐵片和水滴與STS接觸引起的顏色轉(zhuǎn)變行為；d-e）STS在防偽標(biāo)志中的應(yīng)用

  以上相關(guān)結(jié)果以“Bioinspired Superhydrophobic Thermochromic Films with Robust Healability”為題發(fā)表在期刊ACS Applied Materials & Interfaces上（DOI: 10.1021/acsami.0c00344）。論文的第一作者為華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生蘇曉競(jìng)，通訊作者為華南理工大學(xué)李紅強(qiáng)副教授，共同通訊作者為美國(guó)康涅狄格大學(xué)孫陸逸教授和華南理工大學(xué)曾幸榮教授。

  近三年來，李紅強(qiáng)副教授/曾幸榮教授課題組在功能性超疏水材料方面取得了多項(xiàng)研究成果（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 4213-4221; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 10587-10597; J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 16910-16919; J. Colloid Interf. Sci., 2019, 533, 198-206; Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1900554; Chem. Eng. J., 2020, 386, 123998; Chem. Eng. J., 2020, 386, 123994）。

  論文鏈接：

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c00344

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.7b15909

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b01382

  https://doi.org/10.1039/C8TA05273E

  https://doi.org/10.1016/j.jcis.2018.08.060

  https://doi.org/10.1002/adfm.201900554

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123998

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123994