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美英开发出拉伸时可变色的新纤维

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核心提示:近日,美国哈佛大学和英国埃克塞特大学材料科学家开发出一种结构独特的新纤维,能在拉伸时改变颜色,色彩可覆盖整个可见光谱的范围。纤维柔韧有弹性,本身还可作为一种智能材料感知热和压力。

中国科技网讯 据物理学家组织网近日报道,美国哈佛大学和英国埃克塞特大学材料科学家开发出一种结构独特的新纤维,能在拉伸时改变颜色,色彩可覆盖整个可见光谱的范围。纤维柔韧有弹性,本身还可作为一种智能材料感知热和压力。相关论文在线发表于最近的《先进材料》杂志上。

这一灵感是模仿一种生长在南美洲热带的果实,俗称奇异猪莓。该果营养价值很低,外表却极漂亮,呈现明亮的幻彩蓝。研究人员解释说,许多生物能在地球上成功生存下来,就是靠着它们的光色搭配。对于种子和果实来说,进化出明亮的颜色可以吸引播种媒介,尤其是鸟类。奇异猪莓的色彩极为诱人,是为了模仿另一种营养多肉的果实,欺骗鸟类来吃它们以把种子传播到更远。

研究人员切开了奇异猪莓果实,从纳米尺度详细分析其结构组成,发现种皮上层细胞是一种曲线形的多层重复排列,且每一层都是圆柱形的层状结构,这种结构通过光波干涉产生了颜色,类似于肥皂泡的反光原理。首席研究员、埃克塞特大学自然光子学副教授彼得?武库希科说:“这种能控制光线的结构性表层,是进化为一种专门生理功能服务的表现,激发了我们的技术设计。”

“新纤维就是模仿这一自然结构,我们对其进一步设计后,使这种结构特性进一步发挥了出来。”论文领导作者、哈佛工程与应用科学学院博士后马西亚斯?科勒说,“当然植物不能改变颜色。但我们把这种结构和一种弹性材料结合在一起,新的人造纤维就能在拉伸过程中展现出彩虹般变换的颜色。”

为了模仿这一关键结构,他们创造了一种新的卷制方法,用多层高分子聚合物包裹玻璃芯,随后再将玻璃芯腐蚀掉。科勒说:“我们用了很细的纤维,用一种高分子聚合物双分子层包裹它们,这就产生了折射率对比,在层数和弯曲程度恰当的情况下,圆柱截面就会产生鲜艳的色彩。”

这种工艺还可以扩大规模,用于工业化生产。“我们的纤维卷制技术还可用于广泛的材料,尤其是弹性材料,色彩调节范围超过现有的任何热延展纤维一个数量级。”论文合著者、哈佛工程与应用科学学院材料科学教授乔安娜?艾森伯格说。

研究人员还指出,这种纤维除了色彩亮丽可变以外,还有极佳的力学性质,适用范围极广。比如利用其延展性可以包覆各种复杂的形状。由于纤维在不同张力下会呈现不同的色彩,其本身可作为一种智能型体育纺织品,在肌肉紧张程度不同的地方显出不同颜色,或用于感知物体因受热后的张力变化。(来自:科技日报 记者 常丽君)

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