中國(guó)科大成功研制一種高光譜仿生變色材料
植被是典型的地面背景,針對(duì)植被的高光譜材料一直是工程領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn):一方面,植物葉片具有獨(dú)特的太陽(yáng)光譜反射特征,材料需要在整個(gè)太陽(yáng)光譜內(nèi)與葉片光譜特征一致;另一方面,植物葉片的顏色及光譜特征會(huì)發(fā)生變化,材料需要具備變色能力。近日,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)上述難題,基于仿生思想研制了一種新型高光譜變色材料(圖1)。該材料能模仿落葉植被在綠色和黃色之間的變色現(xiàn)象,且在兩種色態(tài)下均能復(fù)現(xiàn)植物葉片的太陽(yáng)光譜反射特征。相關(guān)研究成果以“A Color-Changing Biomimetic Material Closely Resembling the Spectral Characteristics of Vegetation Foliage”為題在線發(fā)表在材料領(lǐng)域知名期刊《Small》。 圖1.實(shí)現(xiàn)可逆變色的仿生植株 自然界中植物葉片的顏色變化特征與葉肉細(xì)胞內(nèi)的色素含量變化有關(guān)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的葉綠素含量較高時(shí),會(huì)掩蓋其他顏色的色素,使植物葉片呈現(xiàn)綠色。當(dāng)葉綠素因外界環(huán)境改變而分解后,細(xì)胞內(nèi)的胡蘿卜素等其他色素的顏色就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái),使植物葉片呈現(xiàn)黃色或紅色。研究團(tuán)隊(duì)從植物葉片的變色機(jī)制中獲得靈感,提出一種將綠色動(dòng)態(tài)顏料與黃色靜態(tài)顏料復(fù)合的顏色變化模型(圖2)。綠色動(dòng)態(tài)顏料具有著色態(tài)和褪色態(tài)兩種色態(tài),當(dāng)其呈著色態(tài)時(shí)會(huì)掩蓋靜態(tài)顏料的顏色,而當(dāng)其呈褪色態(tài)時(shí)靜態(tài)顏料的顏色就會(huì)顯現(xiàn);谠摲律枷耄芯繄F(tuán)隊(duì)將熱致變色微膠囊顏料與鈦鉻黃顏料復(fù)合,利用溶液鑄膜法制備了以聚乙烯醇為基材的變色仿生材料。該仿生材料的顏色變化通過(guò)施加外部溫度刺激來(lái)切換,并且具有雙穩(wěn)態(tài)特性,兩種色態(tài)均能在常見(jiàn)的戶外環(huán)境中穩(wěn)定存在。 |