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 研究人員正在從色彩鮮艷的魷魚展示的活躍偽裝中汲取靈感。這些研究人員使用由螺旋狀排列的液晶聚合物網(wǎng)絡(luò)制成的薄而柔韌的膜，開發(fā)出一種人造色素團，可以根據(jù)指令立即改變顏色——從近紅外到可見光再到紫外光。



輕輕一觸即可變色



這些膜位于排列成網(wǎng)格的微小腔體上，每個腔體都可以氣動充氣到精確的壓力。當空腔膨脹時，膜被拉伸，其厚度縮小并改變其外觀顏色。



至關(guān)重要的是，這些膜不需要拉伸太多就可以達到這種效果。使用相當于輕輕觸摸的壓力，它們的顏色可以改變?yōu)榭梢姽庾V內(nèi)的任何顏色。使用類似機制的變色材料歷來需要變形 75% 才能從紅色變?yōu)樗{色，因此無法在具有固定尺寸的環(huán)境中使用，例如顯示器或窗戶。



需要的變形小于 20%



由于研究人員的人工色素團需要不到 20% 的變形才能達到相同的效果，因此它們可以像 LCD 顯示器中的像素一樣排列。而且由于研究人員系統(tǒng)中的分層液晶具有自己的反射顏色，因此它們不需要背光，因此不需要恒定的電源來保持其固有的充滿活力的外觀。



雖然研究人員的原型顯示器每個只有幾十個像素，但一項展示其變色能力背后原理的研究概述了它們在各種偽裝技術(shù)中的潛力，以及在建筑、機器人、傳感器和其他領(lǐng)域的應用。



該研究由 Joseph Bordogna 教授兼材料科學與工程系系主任 Shu Yang 和她實驗室的博士后研究員 Se-Um Kim 領(lǐng)導。楊實驗室成員 Young-Joo Lee、Jiaqi Liu、Dae Seok Kim 和 Haihuan Wang 也對這項研究做出了貢獻。



不斷變化的結(jié)構(gòu)顏色



我們實驗室一直對結(jié)構(gòu)色很感興趣，包括如何通過機械力改變它，楊說，例如，我們之前已經(jīng)證明，一種變色聚合物可能預示著士兵和運動員的腦外傷。在觀察一些動物如何進化結(jié)構(gòu)顏色時，我們意識到它們有彈性細胞，可以像顯示器中的像素一樣工作，我們可能會采取類似的方法。



當光與表面的微觀特征相互作用時，會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色，這種現(xiàn)象使蝴蝶翅膀和孔雀羽毛呈現(xiàn)虹彩，通常比顏料或染料基顏色更亮。就研究人員的顯示器而言，這些特征存在于一類稱為“主鏈手性向列液晶彈性體”或 MCLCE 的材料中。液晶本質(zhì)上是各向異性材料，這意味著它們的特性會根據(jù)它們的方向取向而變化。MCLCE 的螺旋形狀允許大的彈性各向異性，因為螺旋的螺距可以很容易地改變。



當顯示器中的空腔膨脹時，其 MCLCE 膜被拉伸。就像壓縮彈簧一樣，這會減少膜內(nèi)液晶螺旋的間距，從而改變在觀察者處反射的光的波長。



高水平的控制



通過繪制出使每個人工色素團達到所需顏色所需的確切壓力，研究人員能夠像顯示器中的像素一樣對它們進行編程。即使每個像素沒有單獨的氣動泵，這種控制水平也是可能的。



我想在一個簡單的操作中同時生成紅色、綠色和藍色，Kim 說，所以我將不同寬度的腔體連接到同一個空氣通道。這意味著，盡管承受相同的壓力，但每個像素的變形程度和顏色各不相同，從而降低了整個設(shè)備的復雜性。



僅使用兩個空氣通道，研究人員的原型就可以產(chǎn)生與周圍表面的陰影和紋理相匹配的 7×5 棋盤圖案。通過七個通道，它們可以以 LCD 時鐘中的七段彩色顯示器的風格呈現(xiàn)數(shù)字。



研究人員認為，MCCLEs 獨特的機械變色性能將激發(fā)新的仿生光子器件和傳感器的創(chuàng)造，盡管該材料的機制相對簡單，但它們具有高度的敏感性和復雜性。他們還計劃進一步展示 3D 顯示器，以及通過改變顏色來響應環(huán)境溫度的“智能”窗戶。

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來源：賢集網(wǎng)
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