环球科学■有了这种材料，所有物体都将是“变色龙”...环球科学2020-07-27 09:53:240阅
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文章来源：加利福尼亚大学河滨分校
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图1/3图片来源：Pixabay【环球科学■有了这种材料，所有物体都将是“变色龙”...环球科学2020-07-27 09:53:240阅】一种由纳米金颗粒构成的新型薄膜会因为任何一种变形而变色 。 这种前所未有的性质能让机器模拟变色龙或章鱼 ， 以及应用于其他领域 。 和其他模仿自然界颜色变化的材料不同 ， 这种材料能对各种形变比如说弯折和扭曲 ， 产生颜色反应 。 覆盖这种材料的机器人能进入危险的或人类不可能进入的空间 ， 通过外表向我们传递信息 。
比如说 ， 一个机器人能进入到人类难以进入的水下细缝时 ， 如果机器人的表面颜色发生变化 ， 生物学家就能从中了解到生活在该环境中的动物所承受的压强 。 虽然 ， 其他一些材料也能对形变产生反应 ， 但只有这种材料能被打印并程序性地显示不同的复杂图案 。 加利福尼亚大学河滨校区的科学家制造了这种材料 ， 并将开发的工序整理成论文 ， 发表在《自然-通讯》杂志上 。
简单来说 ， 纳米材料就是尺寸缩减到极其微小的材料 ， 长宽大约数10纳米 ， 接近一个病毒的大小 。 而当金和银等材料变得很小 ， 它们显示的颜色将取决于材料的尺寸、形状和观察方向 。 “在这项研究中 ， 我们把金制成纳米大小的棒状结构 。 如果能让棒指向特定的方向 ， 我们就能改变它们的颜色 ， ”化学教授Yadong Yin说 ， “它们朝向一个方向 ， 可能看上去是红色的 。 但转45度后 ， 颜色就可能变为绿色 。 ”
研究面对的问题是如何让在无数纳米棒在溶液中悬浮 ， 并让它们指向同一方向以显示同一种颜色 。 他们的解决方式是在金纳米棒上焊上更小的磁纳米棒 。 两个不同尺寸的纳米棒被封装在一个高分子保护层中 ， 这样它们就能保持并排 ， 而它们的朝向能被磁铁控制 。 Yin说：“就像你在许多针上方放一个磁铁 ， 针就会指向同一个方向 。 这就是我们控制金纳米棒颜色的方法 。 ”
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图2/3薄膜纳米棒的颜色随扭转而变化 。 图片来源：加利福尼亚大学河滨分校/ Yadong Yin当纳米棒干燥后变为薄膜 ， 它们的朝向就会被固定 ， 不再对磁铁产生反应 。 Yin说：“但是 ， 如果薄膜是柔软的 ， 你就能弯曲或扭转它 ， 所以我们仍能通过改变朝向 ， 使它们呈现不同的颜色 。 ”其他材料比如蝴蝶翅膀 ， 在一些角度观察会是多彩的 ， 从其他方向观察也能发现不同的颜色 。 然而 ， 这些材料的颜色变化依靠的是精确排列的微型结构 ， 较难应用于较大的物体 。 但是 ， 这种新材料能用在各种大小的物体表面 ， 就像用喷漆为房子喷上颜色一样简单 。
虽然 ， 这种薄膜最终是想应用于未来的机器人 ， 但是它也能被应用与许多其他的领域 。 文章的第一作者、加利福尼亚大学河滨校区的化学家Zhiwei Li解释说 ， 这种薄膜还能作为一种防伪标志 ， 应用在在支票或纸币上 。 在普通的光照下 ， 这种薄膜是灰色的 ， 但是当你戴上太阳镜或用偏光镜下观察 ， 就能看到复杂的花纹 。 此外 ， 薄膜的颜色会因为剧烈地扭转 ， 出现明显的变化 。
事实上 ， 能限制这种材料应用的是我们的想象力 。 “艺术家能用这种材料制作迷人的绘画作品 ， 从不同的观察角度 ， 这些画能呈现不同的画面 ， ”Li说 ， “如果能看到我们的研究和艺术结合起来 ， 将是很棒的一件事 。 ”
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