耶魯大學(xué)學(xué)者發(fā)現(xiàn)，在不改變材料化學(xué)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(xué)家經(jīng)常會從大自然中尋求靈感，但是發(fā)明趕上生物學(xué)的發(fā)現(xiàn)通常會花費(fèi)一段時(shí)間。就在這周早些時(shí)候，瑞典科學(xué)家揭露：變色龍是通過擴(kuò)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(bào)道他們已經(jīng)制造出了一種薄膜——當(dāng)施加拉力時(shí)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(xiǎn)的橋梁或機(jī)翼的結(jié)構(gòu)變化。
“這兩項(xiàng)研究表明大自然和技術(shù)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(xué)研究動物如何變色的鳥類學(xué)家）說道！斑@種新型薄膜在科技上擁有廣闊的發(fā)展前景，”Prum說，“這同時(shí)還說明了研究生物的價(jià)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(dú)特的化學(xué)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(lán)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(lán)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(xué)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(xué)組成來變色的，而是通過改變皮膚中嵌入物質(zhì)的反射光線的方式來實(shí)現(xiàn)變色的。在這種情況下,爬行動物皮膚的表面有一層細(xì)胞稱為色素細(xì)胞。這些細(xì)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(gè)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(qiáng)烈地反射一組波長的光，進(jìn)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(xué)的基因?qū)W家Michel Milinkovitch帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了變色龍之所以能夠快速變色是因?yàn)樗鼈兏淖兞松丶?xì)胞中的鹽平衡。這會導(dǎo)致細(xì)胞吸水腫脹，增大微晶之間的距離，進(jìn)而導(dǎo)致微晶陣列反射長波長的光，例如黃色。
今天，由加州大學(xué)伯克利分校的電氣工程師ConnieChang-Hasnain帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在《Optica》雜志上報(bào)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(gè)很薄的硅片薄膜上刻蝕出一個(gè)1cm2的微孔陣列，每個(gè)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(yù)示著未來的潛在應(yīng)用。Prum說這種薄膜有可能應(yīng)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(fèi)電，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的顯示器是靠電力驅(qū)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(jī)翼的結(jié)構(gòu)變化。通過這些應(yīng)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(yù)示危險(xiǎn)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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