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  在自然界中，各種生物所表現(xiàn)出的顏色可分為兩大類：化學(xué)色和結(jié)構(gòu)色�；瘜W(xué)色是由生物體內(nèi)的各種色素產(chǎn)生。結(jié)構(gòu)色是由特定波長(zhǎng)的光線與納米級(jí)的結(jié)構(gòu)相互作用產(chǎn)生。變色龍也不例外，它的虹細(xì)胞中的鳥(niǎo)嘌呤納米晶體正是這樣一種可以與自然光作用產(chǎn)生絢麗結(jié)構(gòu)色的納米晶體。當(dāng)變色龍?zhí)幱谄届o的狀態(tài)下時(shí)，這些晶體排列緊密。而當(dāng)變色龍緊張時(shí)，它們會(huì)主動(dòng)控制晶體的疏密程度，使其排列更加松散，這樣的結(jié)構(gòu)會(huì)反射波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光，于是展現(xiàn)出更鮮艷的結(jié)構(gòu)色。而這一系列變化，在眨眼之間即可完成。這種可逆的結(jié)構(gòu)色變化正是由特殊的各向異性結(jié)構(gòu)與自然光相互作用而產(chǎn)生。

  應(yīng)力響應(yīng)型智能材料能夠顯示由外部應(yīng)力引起的顏色變化，能夠廣泛用于機(jī)械損傷和應(yīng)力應(yīng)變成像分布，因而在在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用潛力。以往，基于纖維素納米纖維/晶體構(gòu)建的各向異性復(fù)合水凝膠因其具有優(yōu)良的柔韌力學(xué)和應(yīng)力誘導(dǎo)的快速且敏感的響應(yīng)，成為最為一類廣泛的研究對(duì)象。然而，這些水凝膠仍然面臨著一些問(wèn)題，比如只能在水環(huán)境中穩(wěn)定存在，且力學(xué)承載能力有限。因此制備具有高強(qiáng)韌力學(xué)且擁有快速應(yīng)力誘導(dǎo)色彩響應(yīng)的智能材料仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

  基于課題組前期在利用無(wú)機(jī)離子寡聚體構(gòu)建均相結(jié)構(gòu)（Nature 2019, 574, 394-398，Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2071-2075）和分級(jí)層次結(jié)構(gòu)（Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1908556）材料的巨大優(yōu)勢(shì)，通過(guò)使用超小尺寸的磷酸鈣寡聚體（直徑 ~ 1.75 nm）作為羥基磷灰石納米線的前驅(qū)體和聚乙烯醇作為彈性有機(jī)基質(zhì)來(lái)構(gòu)建具有應(yīng)力響應(yīng)的薄膜材料。結(jié)果表明，所得到的薄膜具有優(yōu)異的韌性（48.3±5.2 MJ m^-3）。在外加循環(huán)應(yīng)力作用下，嵌在聚合物網(wǎng)絡(luò)中的羥基磷灰石納米線可以在高分子鏈的帶動(dòng)下排列成高度有序的晶體陣列。在正交偏光系統(tǒng)下產(chǎn)生強(qiáng)烈的雙折射，且能夠用肉眼觀察。因此，本研究為利用超小無(wú)機(jī)離子寡聚體制備具有超韌力學(xué)性能的功能薄膜，為其在智能應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備中的潛在應(yīng)用提供了一條途徑。此外，本研究為利用超小尺寸的無(wú)機(jī)離子寡聚體制備具有特定功能、結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料提供了新的方向。

仿生變色龍皮膚的薄膜制備方法及結(jié)構(gòu)

仿生變色龍皮膚的薄膜的超韌力學(xué)性能

仿生變色龍皮膚的薄膜在應(yīng)力作用下的微觀結(jié)構(gòu)與色彩的關(guān)系

仿生變色龍皮膚的薄膜在循環(huán)應(yīng)力作用下表現(xiàn)出與變色龍皮膚類似的變色行為

  研究成果發(fā)表于近期的ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。論文的第一作者為浙江大學(xué)化學(xué)系博士生余亞?wèn)|，共同通訊作者是浙江大學(xué)化學(xué)系劉昭明特聘副研究員和唐�？到淌�。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c09212