埃默里大学的 个团队将两种水凝胶结合在 起,开发出 种可以在不改变尺寸的情况下根据环境改变颜色的材料。
研究人员发现了变色龙改变皮肤颜色以开发新的,灵活的智能皮肤的灵感,这种皮肤也可以响应环境而改变颜色而无需改变大小。
埃默里大学化学教授Khalid Salaita告诉《设计新闻》,埃默里大学的 个团队开发了这种新材料,它由两种不同的水凝胶组成, 种提供着色,另 种提供机械强度并保持恒定的体积。
他告诉我们:“我们的方法采用了由光子晶体着色的智能蒙皮,这些蒙皮由微小的纳米 颗粒制成,这些颗粒以 定的间距挤在 起,并且该间距可以调节材料的颜色。” “间距越远,颜色越红,间距越近,颜色越蓝。”
研究人员说,的确,变色龙和其他生物的颜色变化不是基于色素,而是基于这些光子晶体。尽管粒子本身是无色的,但导致材料干扰光波长的是它们的周期性。
研究人员说,它们之间的精确间距允许某些光波通过而拒 其他光波。产生的可见颜色取决于诸如照明条件或颗粒之间的距离变化之类的因素而变化。
萨拉塔塔说,研究人员 直在努力控制变色龙用来改变肤色的光子晶体,但 次又 次遇到关键问题。问题是发明 种智能皮肤,该皮肤还可以通过改变光子晶体来改变颜色,而不改变材料本身的体积。
“我们工作的关键是学习如何集成两种类型的材料,以优化响应性的颜色变化和机械强度,” Salaita告诉《设计新闻》。“我们采用建模指导实验设计,并通过筛选不同的聚合物,我们得出了反应灵敏的智能皮肤材料。”
他告诉我们,尽管采用了计算方法并取得了 终的成功,但这项工作并非没有挑战,尤其是在材料选择方面。
“主要的挑战是找出水凝胶是有‘权’的机械特性,使得它们迅速改变颜色以响应阳光或热供暖,同时还保持机械强度,” Salaita告诉设计新闻。“虽然我们以计算模型为指导,但这项工作需要筛选数百种具有不同交联剂浓度的聚合物。”
后,Salaita团队开发的皮肤对热量和阳光产生反应,同时保持接近恒定的体积,他说。研究团队通过两种材料的平衡来实现这 点。 种材料包含响应性的水凝胶光子晶体,另 种材料具有机械强度,可以拉伸或折叠以保持恒定的体积。
萨拉塔说,只有在研究了变色龙皮肤细胞的视频并观察了它们的形成之后,研究人员才找到了正确的物质组合和结构。
“我们……发现有色光子晶体细胞被无色细胞包围。” “这些无色细胞就像春天 样,因为光子晶体会膨胀或收缩填充在空隙中的无色细胞,并有助于保持皮肤的恒定大小。” 因此,变色龙皮肤令人振奋的方面是它在改变颜色的同时保持恒定的大小。”
研究人员在ACS Nano杂志上发表了 篇有关他们工作的论文。
Salaita说,研究小组设想了其设计材料的多种用途,包括在化学传感,伪装和防伪中的应用。
“在过去的几十年中,响应式水凝胶经过精心设计,可以对各种触发因素(小分子等)做出响应,并且我们希望可以将这些过去的设计整合到我们的光子晶体薄膜中。”
伊丽莎白·蒙塔尔巴诺(Elizabeth Montalbano)是 位自由撰稿人,他对技术和文化进行了20多年的写作。她在凤凰城,旧金山和纽约市生活和工作过,担任专业记者。业余时间,她喜欢冲浪,旅行,音乐,瑜伽和烹饪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的 个村庄。