川觀新聞?dòng)浾?蘭珍
在自然界中，變色龍可以隨周圍環(huán)境變換，調(diào)整自身顏色，實(shí)現(xiàn)隱身，從而躲避侵襲。在非生命體的材料界，也有了媲美變色龍的偽裝高手。
日前，電子科技大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院副教授王東升課題組研發(fā)出一種材料，能在環(huán)境光線作用下自動(dòng)變換為相應(yīng)顏色。該項(xiàng)研究是世界范圍內(nèi)，首次提出材料的自適應(yīng)光致變色功能，相關(guān)成果已于近日發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》上。
材料界“變色龍”能在環(huán)境中實(shí)現(xiàn)“隱身”
光致變色材料受到光源激發(fā)后顏色會(huì)發(fā)生改變，仿佛有了生命力，被稱為材料界的“變色龍”。該材料有一種自適應(yīng)光致變色（SAP）功能，即完全靠材料本身的性質(zhì)，而非外界電子設(shè)備干預(yù)，識(shí)別環(huán)境顏色并始終與其保持一致。
在初始狀態(tài)下，該材料呈現(xiàn)黑色。在王東升展示的實(shí)驗(yàn)視頻里，只見研究人員將裝有SAP材料的方管分別罩上綠色、黃色、紅色的亞克力盒，經(jīng)過10秒左右，方管完全與亞克力盒顏色一致，甚至顏色深度也相同。在換上黑色盒子后，方管肉眼可見地變回黑色。在環(huán)境相對復(fù)雜的紅色花叢、綠色葉片、黃色銀杏葉中，SAP材料色彩也發(fā)生改變，甚至同一管材料，不同部位接觸異樣的色彩，也會(huì)相應(yīng)變化。
為什么材料會(huì)有魔力，實(shí)現(xiàn)色彩的“72變”？
這要從王東對色彩的理解開始。作為攝影愛好者，他對色彩、光線尤為敏銳。
色彩之間有互補(bǔ)關(guān)系，例如紫色與綠色、藍(lán)色與橙色等，混合在一起能形成黑色的組合色被稱為互補(bǔ)色。在生活中，物體呈現(xiàn)的顏色，恰恰就是其反射的光的顏色。同時(shí)，物體還會(huì)強(qiáng)烈地吸收與自身顏色互補(bǔ)色光線。
將互補(bǔ)色原理，應(yīng)用于材料上，能實(shí)現(xiàn)自由地反射光線色彩嗎？王東升想到了關(guān)鍵因子——一種名為給體-受體斯坦豪斯加合物（DASAs）的光致變色分子。
DASAs分子2014年由國外研究者提出，王東升緊接著開始做相關(guān)研究。在數(shù)年的研究中，他和課題組對DASAs了如指掌。DASAs的可變色分子，受到與自身顏色互補(bǔ)色光線的照射會(huì)變無色，在反射某種可見光的同時(shí)，它只吸收與其顏色互補(bǔ)的可見光。
2021年，課題組開始變色材料研發(fā)，經(jīng)過反復(fù)研判，有且僅有DASAs分子“融入”，在可見光作用下可以讓材料自然變色。
當(dāng)年夏天，在多次理論推導(dǎo)可行之后，課題組成員孫梵熙使用1平方厘米的初始變色薄膜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)一張微微泛綠光的照片傳到王東升手機(jī)里時(shí)，大家知道，SAP材料可以繼續(xù)邁步。
課題組用1年多的時(shí)間，設(shè)計(jì)了不同分子結(jié)構(gòu)的材料，“吃進(jìn)”各類DASAs分子后，最終讓材料在綠色、黃色和紅色的光線照射下，變化相應(yīng)色彩。
材料變色“使性子”后續(xù)難度再升級
對于科研項(xiàng)目來說，花費(fèi)3年的時(shí)間才發(fā)論文，“性價(jià)比并不高?！蓖鯑|升表示，這也是因?yàn)檠邪l(fā)過程并不順利。
2023年，課題組利用SAP材料，與企業(yè)共同開發(fā)一款變色手表。但是企業(yè)反饋，材料變色“使性子”：一方面，變色程度不深，色彩不夠濃郁，且變色持續(xù)時(shí)間短；另一致命問題，是生產(chǎn)過程中經(jīng)過二次硫化、高溫，會(huì)讓材料徹底失效。后續(xù)開發(fā)不得不按下暫停鍵。
“難道DASAs只能是論文材料？不能落到工程化應(yīng)用？”王東升一度懷疑自己近10年的研究只是一紙空談。
煎熬了2個(gè)多月，再多的懷疑也需要通過實(shí)踐來檢驗(yàn)。之后，課題組通過分析分子結(jié)構(gòu)，不斷進(jìn)行適配調(diào)整，懷疑—推導(dǎo)—實(shí)驗(yàn)—推翻，如此循環(huán)往復(fù)，終于在一遍遍核對驗(yàn)證后，恰當(dāng)?shù)腄ASAs“配方”使得SAP材料的穩(wěn)定性達(dá)到當(dāng)下最理想的效果：在-20℃—60℃之間，材料能自由地感知環(huán)境主要色彩，且數(shù)月有效。
當(dāng)前SAP材料能以固體材料、液體涂料墨水等形式存在，除了用于手機(jī)、玻璃、手表等裝飾產(chǎn)品上，其自帶的偽裝屬性還適用于特定環(huán)境。王東升發(fā)現(xiàn)，有意思的是該材料可作為自適應(yīng)偽裝涂裝材料，以涂料形式進(jìn)行應(yīng)用。換句話說，如果涂在衣服上，就能實(shí)現(xiàn)“隱身”。
對于課題組來說，SAP材料還沒有完全實(shí)現(xiàn)對所有顏色的調(diào)控，升級版的材料還有更多的可能。比如，SAP材料的變色響應(yīng)能不能在5秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)？適應(yīng)溫度可不可以達(dá)到-40℃？對環(huán)境色彩區(qū)分精準(zhǔn)度能超越人眼嗎？可見光區(qū)外，材料在紫外光區(qū)、紅外光區(qū)可否也實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)變色？“這些都是接下來需要攻克的目標(biāo)?！蓖鯑|升說。
在王東升看來，做創(chuàng)造、獨(dú)有的研究才更有趣。在SAP材料之后，DASAs分子還能有哪些更廣闊的運(yùn)用和突破，將會(huì)是他和課題組前進(jìn)的動(dòng)力。
圖片由受訪者提供
編輯：余鳳
責(zé)任編輯：李鈺華
編審：吳山冠
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