像乌贼、章鱼和乌贼这样的头足类动物可以快速变色,这是因为它们皮肤上的微小器官——色素体。

叶绿体含有色素囊。当光线照射到色素颗粒上时,色素体吸收大部分波长,只反射回很薄的色带。

通过使用肌肉来扩张和收缩色素体,乌贼改变了光线在其身体上反射的方式,从而产生了各种各样的颜色。

受色素团的启发,罗格斯大学的工程师们开始制造一个人造色素团。

研究人员开发了一种可3d打印的水凝胶,或称智能凝胶,这种材料一旦感知光线就会改变形状。这种水凝胶的发明者说,光感应技术的成就为伪装和展示提供了新功能。

该小组的研究结果出现在最近的一项研究杂志ACS应用材料和接口

人造色素体由三个组成部分组成:光活性水凝胶“肌肉”,可拉伸的水凝胶,以及维持结构的刚性框架。

罗格斯,打印的光响应人造色素体的三个组成部分:光响应肌肉,可伸缩囊,和刚性框架。这个囊在光照下会膨胀。
打印的光响应人造色素体的三个组成部分:光响应肌肉,可伸缩囊,和刚性框架。这个囊在光照下会膨胀。(经允许转载ACS达成。板牙。接口,1月3。版权所有2021年美国化学学会)

为了制造出一种光响应的、类似乌贼的材料,工程师们还必须在光活性水凝胶中嵌入纳米材料。这些微小的元件将光转化为热。

在光照射下,纳米颗粒产生热量来消肿水凝胶基质,而水凝胶基质又会拉伸中间含有所需色素的水凝胶囊。

根据这项研究,对光敏感的人工色素体(LAC)的色调在数字投影仪的光投射两分钟内从黑色变为白色。

这种有弹性的水凝胶在光线照射下能呈现出你想要的颜色。

罗格斯,光活性水凝胶在光照射下的活性体积变化。光活性水凝胶由温度响应性水凝胶和聚多巴胺纳米粒子(PDA-NPs)作为光热剂组成。
光活性水凝胶在光照射下的活性体积变化。光活性水凝胶由温度响应性水凝胶和聚多巴胺纳米粒子(PDA-NPs)作为光热剂组成。(经允许转载ACS达成。板牙。接口,1月3。版权所有2021年美国化学学会)

“在我们的研究中,我们只是使用了水凝胶本身的白色,”首席研究员Howon Lee告诉记者金宝搏官网科技简报。

Howon Lee是这项研究的高级作者他还是新不伦瑞克罗格斯大学工程学院机械和航空航天工程系的助理教授。

Lee团队的下一步工作包括提高技术的灵敏度、响应时间、可扩展性和持久性。

在一个简短的问答环节金宝搏官网下面,李将带我们进入一种光响应状鱿鱼材料的具体应用。

金宝搏官网:这种光敏纳米材料最有价值的地方在哪里?

Howon李教授:目前的伪装策略依赖于预先确定的颜色图案,缺乏适应可能变化的环境的能力。一些报道的工作使用单独的传感器来检测周围环境,这可能需要辅助设备和电力消耗。我们的工作完全模仿了头足类动物创造颜色表达的方式,即使用人造肌肉和带有软材料的色素体来同时感知和改变颜色。

这种[纳米材料]可能会导致新的军事伪装表面,新型的柔性/软显示设备,或者可能会根据需要改变其透明度/颜色的新型窗户或玻璃。

金宝搏官网:这项技术对光有多敏感?在潜在的应用中,你设想这种光的来源在哪里,它将如何被传递?

Howon李教授:我们所看到的——颜色、亮度——总是光,所以光源无处不在。目前[这项技术]需要相当强烈的光线,但我们希望能够通过缩小人工色素体的尺寸来提高灵敏度。

金宝搏官网材料在光照下形状的变化有多好?材料是从一种形状变成另一种形状,还是根据光线的不同,有可能形成多种形状?

Howon李教授:它可以从一种形状逐渐改变到另一种形状——例如,从完全拉伸到完全收缩,就像我们的肌肉一样。

金宝搏官网你现在在做什么?

Howon李教授:我们致力于各种响应材料和活性材料以及新的3d打印技术。我们生活在一个动态的、三维的世界里,因此我们相信,用活性材料进行3D打印将创造出令人着迷的工程应用。

你怎么看?你认为这种材料会如何使用?在下面分享你的评论和问题。