扭扭就能变色的新材料：变色龙仿生技术

变色龙仿生技术

工程师发明了一款像变色龙般可以随意变换颜色的「皮肤」Credit: The Optical Society (OSA)

扭动就能变色的新材料

变色龙只要让皮肤紧致或松弛，就能改变颜色。加州大学伯克利分校（University of California at Berkeley）的工程师师法根据这个概念，创造出极轻的变色材质，只需要轻微施力就可以依需求改变颜色。这款材质开启了许多应用的可能，如：全新显示科技、伪装，或侦测建筑、桥梁、飞机中难以察觉的毁损。

图片很炫（耐心等待打开）图片来源：discovery

研究发表在美国光学学会（Optical Society of America，简称OSA）出版的《光学》（Optica）期刊。作者之一的常瑞華（Connie J. Chang-Hasnain）表示：「这是第一个任何人都能拥有，具弹性、只需弯曲就可以改变颜色的皮肤。」研究团队在比发丝还细一千倍的矽膜上，蚀刻上比光的波长还微小的纹理；还可以根据矽膜被弯曲和伸缩的程度，选择材质可反射的颜色范围。

与众不同的新材质

根据物体成色的原理，可以将颜色分为「化学色」与「物理色」。化学色就是靠色素显色，物理色则是靠奈米级的结构反射出不同颜色的光。近年来因为仿生表面的研究，物理色的相关研究与发现越来越多。研究团队利用物理显色原理，设计出改变颜色的新方法。他们在单一的薄矽膜上蚀刻了整排的「脊」或凸列，这些凸列不让光发散形成一道完整的彩虹，而是反射了特定的光波长，藉由「调整」这些凸列间的间隔，可以选择反射特定的颜色。不同于衍射光栅（diffraction grating）中的狭缝，这些凸列可以有效且立即地反射他们调整的光频率。

控制的关键－弹性

凸列的间距成为控制颜色反射的关键，研究人员便利用弯曲或伸缩材质来巧妙地改变这些间隔，进而改变显色。早期发展具有弹性、可转换颜色的表面材料并不理想；金属表面易于蚀刻，但却无法有效地只反射特定波长范围的光，其他的表面则太厚限制了应用，或太坚固而无法使它们被弯曲。伯克利的研究人员克服了这两个障碍，他们使用了只有120奈米厚的矽半导体制成光栅隆起，将隆起的矽脂镶嵌至可塑性的矽膜中产生弹性，当矽脂被弯曲或伸缩时，光栅的间隔就会有所改变。

这种材质使团队可以创造一种极轻、扁平且易于再加工的皮肤，能有效地从83%的入射光中反射精确且纯粹的色彩。他们的初期构想是将间隔仅仅改变25奈米，使颜色可以从绿色转换成黄色、橘色和红色。

变色龙皮肤的多种应用

研究人员创造出了1平方公分大小且可颜色转换的矽脂，未来的发展方向希望制作出大到足够发展商业用途的材质。常瑞華表示：「下一步就是要提高它的规模，目前设备都已经准备好了，而到那时我们希望可以找出在娱乐、安全和监控方面的应用。」

对顾客来说，此款变色龙材质可以应用在新型的显示技术，在户外的娱乐场所加入出色的色彩呈现，它也可以创造出车辆外观的主动伪装，使车辆可以改变颜色以融入周遭环境。更多日常的应用包括感应器可以变色，以显示桥梁、建筑或飞机的主要组成因受压所造成的结构疲乏。常瑞華认为：「这是首次有人可以让一片又薄又轻的表面上成功显现范围如此宽的色彩，真的非常的棒！」

参考资料

Engineers create chameleon-like artificial ‘skin’ that shifts color on demand.[Mar 12, 2015]

L. Zhu, J. Kapraun, J. Ferrara, and C.J. Chang-Hasnain, “Flexible photonic metastructures for tunable coloration," Optica, 2, 3, 255-258 (2015)

作者：李秋容 来源：泛科学，材料馆整理

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