我们知道变色龙可以改变皮肤的颜色,所以它要么隐藏在背景中,要么站出来保卫自己的领地,吸引配偶。变色龙利用皮肤上的光子晶体改变光的折射而变色,让这个把戏看起来很简单。
然而,科学家们正一直在努力制造这种光子晶体的“智能皮肤”,让它能和变色龙一样根据环境改变颜色,同时又不改变大小。
ACSNano杂志发表了由埃默里大学科学家领导的一项研究,该研究发现了解决这一问题的方法。他们开发了一种灵活的智能皮肤,可以对热量和阳光做出反应,同时保持接近恒定的体积。
“看着变色龙变色让我想到了这个突破”,这位埃默里大学化学系的博士生董一晓(音译)说。
“基于对大自然如何改变肤色的观察,我们为变色智能皮肤开发了一个新概念。”
“光子晶体领域的科学家们已经工作了很长时间试图创建智能皮肤变色范围的潜在应用,如伪装、化学传感和防伪标签,”哈立德Salaita补充道(论文的资深作者和艾莫利大学的化学教授)
“虽然我们的工作仍处于基本阶段,但我们已经确立了探索和发展新方法的原则。”
除了变色龙,许多其他生物也进化出了变色的能力。例如,霓虹灯鱼在阳光下游动时,身上的条纹会从深蓝色变成蓝绿色。
这些生物体的颜色不是基于色素,而是基于重复模式的微小颗粒,即光子晶体。这些粒子的周期性使物质干涉光的波长。虽然粒子本身是无色的,但它们之间的精确间隔允许某些光波通过它们,同时排斥其他光波。产生的可见颜色的变化取决于光照条件或粒子之间距离的变化等因素。一些蝴蝶翅膀和孔雀羽毛的彩虹色是自然界中许多光子晶体的例子之一。
董解释说,如果你把草莓放入搅拌机,搅拌出来的液体会是红色的,因为草莓的颜色来自色素。然而,如果你磨碎彩虹蝴蝶的翅膀,结果会是暗淡的粉末,因为彩虹的颜色不是基于色素,而是基于所谓的“结构颜色”。当蝴蝶翅膀被磨起时,光子晶体阵列的结构被破坏。
为了模仿变色龙并创造人工智能皮肤,科学家们已经尝试将光子晶体阵列嵌入到柔性的、含水的聚合物或水凝胶中。膨胀或收缩水凝胶会改变阵列之间的间距,导致颜色变化。然而,问题是,产生可见色调变化所需要的类似手风琴的作用会导致水凝胶的尺寸显著增长或收缩,从而导致材料的结构不稳定和屈曲。
“没有人想要一件可以收缩变色的伪装斗篷”
董一边看YouTube上的变色龙视频,一边思考着这个问题。他说:“我想知道为什么变色龙在变色时不会变大或变小,而是保持原来的大小。”
在变色龙变色的特写镜头中,董注意到,光子晶体阵列并没有覆盖整个皮肤,而是分散在一个黑暗的基质中。当光子晶体变成不同的颜色时,这些色块之间的距离保持不变。董推测,构成黑暗基质的皮肤细胞以某种方式进行了调整,以补偿光子晶体的位移。
董说:“我想知道我们是否可以设计类似的东西——将光子晶体阵列的复合结构嵌入到一个应变适应矩阵中。”
研究人员使用磁铁将含有氧化铁的光子晶体排列在水凝胶中。然后他们将这些阵列嵌入第二个不变色的水凝胶中。第二种弹性水凝胶与第一种水凝胶进行机械匹配,以补偿光子晶体之间距离的移动。当加热时,这种适应应变的智能皮肤(SASS)会改变颜色,但保持接近恒定的大小。
董还在阳光下测试了这种材料,将SASS薄膜制成鱼的形状,以向霓虹灯四重奏致敬,并制成树叶的形状。当暴露在自然阳光下10分钟,SASS薄膜从橙色变成绿色,大小不变。
哈利波特的隐身衣如果真能研究成功,小编想隐身衣服是不是也可以开发出来了,想想都带劲。
也许电影里的神奇道具出现在现实已经离我们不远了!
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