美国斯坦福大学搞出新型聚合物材料

要是让人工材料也能像章鱼那样“变装”,会不会太神奇?以前觉得这只是幻想,不过最近《自然》杂志发了篇文章,美国斯坦福大学有个团队搞出了一种新的聚合物材料。它受章鱼和乌贼这些头足类动物的启发,能在单一器件上同时控制表面的纹理和颜色,而且还是动态调控。这技术以后在伪装、显示、建筑还有艺术上肯定能派上大用场。 章鱼能伪装得那么好,关键是能通过皮肤的乳突和色素细胞来改变纹理和颜色。美国斯坦福大学的博士生西达尔特·多希也在琢磨这事,他们想把这自然机制用到工程材料上。结果他们发现了个有趣的现象:被电子束照射过的PEDOT:PSS样品,遇水后的膨胀行为和没照过的完全不一样。被照的地方结构变紧了,不容易吸水隆起;没照的地方吸水就会大幅膨胀。 这个发现让他们兴奋起来。他们用电子束光刻工具在聚合物薄膜上刻出了各种图案。把薄膜放进不同液体里,就能看到局部的膨胀或收缩,图案也就显示出来了。颜色控制方面也挺精巧,他们用了一个像“调音器”一样的结构,让材料反射不同颜色的光。 更牛的是他们能独立控制纹理和颜色。他们把“纹理层”和“色彩层”分别做在超薄玻璃基板的两面。往两边分别倒不同的溶剂,就能实时控制纹理和颜色了。这就像给物体装了两套开关一样,一套管“浮雕”,一套管“灯光”。 实验表明这种材料响应速度超快——只要20秒就能把图案和颜色全都换掉。而且性能挺耐用的,能扛住250次循环用也不坏事。 这种适应性和耐久性让它能适应各种场景。比如在动态伪装方面,它不光能变色还能变纹;在显示领域能做出“实体像素”。更有意思的是用于防伪标签,只要滴点特定液体就能看到隐藏信息。 喻俊志教授也觉得这技术挺有前途的。核心创新在于用电子束预先“编程”材料内部的溶胀差异;还有用双层结构设计实现“形变”和“变色”的独立调控。 不过现在这技术还面临一些挑战。现在得靠液体浸泡来驱动,有点不方便;另外电子束光刻成本太高。多希说他们已经在找电化学手段来驱动薄膜了;以后若能实现全电子化控制就好了。研究团队也在琢磨更便宜的制备方法来推广应用。 总的来说这是一种受头足类动物启发的表面动态调控新方法。它不仅为智能材料设计提供新思路;还为仿生机器人的外观自适应与伪装技术开辟了新途径。