工程师创造可以改变颜色和纹理的合成材料

图像显示了新的合成弹性体材料产生的纹理（顶部）和荧光（底部），它们可以模仿章鱼和其他头足类动物的某些伪装能力。

一组工程师开发了一种新的合成材料，该材料可以响应施加到其上的电压变化而改变其荧光和纹理。

头足类动物，包括章鱼，乌贼和乌贼，是自然界中最熟练的迷彩艺术家之一，能够在几秒钟内改变皮肤的颜色和质地，使其融入周围环境-工程师长期以来一直难以在合成材料中复制这种能力。现在，一组研究人员比以往任何时候都更接近实现该目标，创建了一种柔性材料，该材料可以根据需要同时通过远程控制来更改其颜色或荧光以及其纹理。

他们的研究结果已发表在《自然通讯》杂志上，该论文由麻省理工学院机械工程学助理教授赵选河和杜克大学化学教授斯蒂芬·克雷格（Stephen Craig）领导。

赵先生本月从杜克大学（Duke）入职麻省理工学院，并与土木与环境工程系共同任命。他说，这种新材料实质上是一层电活性弹性体，可以很容易地适应标准的制造工艺和用途。随时可用的材料。这可能使它成为比由临时制造的电子模块组装而成的其他材料更经济的动态伪装材料。

赵说，尽管其最直接的应用可能是军事用途，但相同的基本方法最终可能会导致生产大型的柔性显示屏和船舶防污涂料。

在最初的概念验证演示中，可以使材料适应纹理和荧光或纹理和颜色的变化。另外，尽管当前版本只能产生有限范围的颜色，但没有理由不能增加调色板的范围。

研究人员创造的材料能够再现头足类动物迅速改变颜色和纹理的能力。

向自然学习

头足类动物的肌肉可以显着改变颜色，这些肌肉可以改变皮肤内微小的色素囊的形状-例如，收缩可以将几乎看不见的圆形斑点变成清晰可见的宽而扁平的形状。赵说：“在放松的状态下，它很小，但是当肌肉收缩时，它们将那个球拉伸成薄煎饼，并用它来改变颜色。”肌肉的收缩也会改变皮肤的质地，例如，从光滑到凹凸不平。他说，章鱼使用这种机制进行伪装和发信号，并补充说：“我们从这个奇妙的生物那里得到了这个想法的启发。”

新的合成材料是弹性体的一种形式，是一种弹性，可拉伸的聚合物。麻省理工学院的博士后，论文的第一作者王启明说：“它是根据施加在其上的电压的变化而同时改变其荧光和质地的-本质上是在开关的开关处发生变化的。”

“我们利用了2011年发现的一种物理现象，即施加电压可以动态改变弹性体的表面纹理，”赵说。

Craig补充说：“弹性体的纹理和变形进一步激活了嵌入弹性体中的特殊机械响应分子，这使其响应于电压变化发出荧光或改变颜色。”“一旦释放电压，弹性体和分子都会恢复到松弛状态，就像头足类皮肤的肌肉松弛一样。”

多种用途，可快速更改

尽管部队和车辆经常从一种环境转移到另一种环境，但目前仅限于固定的伪装模式，这种伪装模式在一种环境中可能是有效的，但在另一种环境中却像拇指酸痛地伸出来。赵建议使用这种新型弹性体这样的系统，无论是在制服上还是在车辆上，都可以使伪装图案根据周围环境不断变化。

赵说：“美国军方花费了数百万美元开发各种伪装图案，但它们都是静态的。”现代战争要求部队在一次任务中部署在许多不同的环境中。该系统可能会允许在不同环境中进行动态伪装。

赵说，另一个重要的潜在应用是在船体上涂一层防污涂层，微生物和藤壶之类的生物在此积聚并大大降低了船的推进效率。早期的实验表明，即使表面纹理发生短暂变化（从快速移动所需的光滑表面到粗糙，凹凸不平的纹理），也可以迅速去除90％以上的生物污垢。

斯坦福大学化学工程教授鲍振安（Zhenan Bao）没有参与这项研究，他说这是“鼓舞人心的工作”，也是“明智的想法”。她补充说：“我认为重要的部分是将机械化学反应的能力与电寻址相结合，以便它们可以按需可逆地诱导荧光模式。”Bao提醒说，研究人员仍然面临一项重大挑战：“目前，它们只能在每种材料中诱发一种模式。能够改变模式非常重要。”

除了Zhao，Craig和Wang，该团队还包括杜克大学的学生Gregory Grossweiler。这项工作得到了美国海军研究办公室，美国陆军研究实验室和陆军研究办公室以及美国国家科学基金会的支持。

出版物：Wang Qiming等人，“按头足类动物启发设计的按需荧光图案的电-机-化学响应弹性体，”《自然通讯》第5期，文章编号：4899; doi：10.1038 / ncomms5899

图像：王启明，等。