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電子科大王東升/鄭永豪課題組 Science子刊:自適應(yīng)光致變色
2024-11-08  來源:高分子科技

  偽裝,也稱為“擬態(tài)”或“保護(hù)色”,是指生物為了在自然環(huán)境中隱蔽自己、逃避天敵或捕食獵物而采取的一系列適應(yīng)性行為和生理特征。一些具有主動(dòng)偽裝能力的生物(例如,變色龍,章魚)表現(xiàn)出隨著環(huán)境變化而變化的外觀。然而,人造的主動(dòng)偽裝系統(tǒng)往往需要依賴復(fù)雜的電子設(shè)備,這不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性,還可能導(dǎo)致可用性降低和成本上升。在本項(xiàng)研究中,作者提出了自適應(yīng)光致變色(SAP)概念,使得材料能夠在黑暗中保持黑色,并在環(huán)境光線的作用下自動(dòng)變換為相應(yīng)的顏色。這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)無需外部能源的主動(dòng)偽裝技術(shù)開辟了新的道路,并提供了創(chuàng)新的解決方案。


  近日,電子科技大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院王東升/鄭永豪團(tuán)隊(duì)在全球頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Science Advances發(fā)表了題為《Self-adaptive photochromism》的最新科研進(jìn)展。電子科技大學(xué)為第一完成單位,王東升教授、韋晨教授和鄭永豪教授為該論文的共同通訊作者,博士研究生孫梵熙為該論文的第一作者,碩士研究生高昂、晏博赟、張靜副教授、汪相如教授、博士研究生張漢君、戴大程以及鄧旭教授為該論文共同作者。


1. 自適應(yīng)光致變色(SAP)的原理與設(shè)計(jì)


  該項(xiàng)研究首次提出了自適應(yīng)光致變色概念(self-adaptive photochromism, SAP),即材料的顏色可隨環(huán)境切換而相應(yīng)變化,并與環(huán)境始終保持一致。材料可以根據(jù)環(huán)境顏色來改變自身顏色來融入其中。在黑暗中,材料在整個(gè)可見光區(qū)域顯示出均勻的吸收帶,對應(yīng)于黑色(圖1B)。在特定波長的光照射下,對應(yīng)波長的吸光度降低,從而在吸收譜中產(chǎn)生一個(gè)缺口(圖1B),使得SAP材料的顏色切換,以匹配入射光的顏色。SAP的實(shí)現(xiàn)需要滿足以下要求:(1)光致變色分子需具備T型(熱可逆型)負(fù)光致變色性質(zhì);(2)在可見光區(qū)域顯示出窄且可調(diào)的吸收帶。


2SAP材料的制備方案研究,在黑暗條件下需維持準(zhǔn)確的黑色,在不同光照條件下表現(xiàn)出相應(yīng)的準(zhǔn)確的顏色


  作者對SAP材料在光照射下的顏色表達(dá)準(zhǔn)確性進(jìn)行了模擬。在CIE 1931顏色空間中,虛線代表入射光的顏色。光照射使得SAP材料顏色逐漸向其觸發(fā)光顏色虛線移動(dòng),意味著材料顏色逐漸趨向于入射光顏色。


3自適應(yīng)光致變色(SAP)液體的主動(dòng)偽裝


  在實(shí)際應(yīng)用中,SAP材料被放置在紅色(仙客來)、綠色(綠蘿)和黃色(銀杏)的植物叢和不同顏色的亞克力盒子中。植物從和亞克力盒子中的反射、透射的光線誘導(dǎo)了SAP材料的光致變色和偽裝(圖3DE)。此外,SAP材料能夠模仿周圍不同顏色的圖案,這大大增加了其在實(shí)際應(yīng)用中的吸引力。SAP溶液被注入一個(gè)細(xì)長的透明管中,該管被紅色、綠色和黃色便利貼覆蓋(圖3F)。SAP溶液在被放置在間隔顏色便利貼下時(shí),逐漸從黑色切換到多色,具備在復(fù)雜環(huán)境中的主動(dòng)偽裝能力(圖3F)。


4自適應(yīng)光致變色(SAP)薄膜與固體


  SAP溶液可以通過噴涂的方式涂覆在ABS塑料人型表面(圖4B)。隨后,使用660、520590 nm的光照射來觸發(fā)SAP涂層的光致變色。人像在光照射2080 s后變?yōu)榧t色、綠色和黃色(圖4C)。此外,在通過掩模噴涂法,作者在不同材料表面記錄了“UESTC”字樣(電子科技大學(xué))(圖4D)。其中“UE”和“TC”分別被綠色和紅色光照射后依次變?yōu)榫G色和紅色!S”同時(shí)被綠色和紅色光照射,變?yōu)辄S色。


  SAP材料在偽裝、智能涂層和顯示設(shè)備中的應(yīng)用顯示出巨大的潛力。這項(xiàng)工作報(bào)道了SAP作為材料的一種獨(dú)特固有屬性,為無源偽裝和防偽技術(shù)提供了新的思路。該論文受到國家自然科學(xué)基金委(2237502、6237504152203134)和四川省科技廳(2023ZYD00372024YFHZ03072024NSFSC0249)等項(xiàng)目的大力支持。


  論文鏈接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads2217

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