如何用聚合物制作变色变形金刚

形状和颜色的变化是许多动物的关键生存特征。变色龙可以改变自己的身体来躲避捕食者，反映自己的情绪，甚至保卫自己的领地，而章鱼、鱿鱼和墨鱼等一些软体动物可以改变自己的颜色和形状来发出信号或伪装。

使用人造聚合物材料模仿这些功能在传感、软机器人以及时尚和艺术行业具有巨大的潜力。在她的研究期间，博士。候选人张培已经实现了聚合物材料中令人难以置信的颜色变化和形状变形能力。

作为她博士学位的一部分。在研究中，张培开发了用于制造所谓液晶弹性体(简称LCE)的多功能技术，这种弹性体表现出与变色龙和章鱼等动物相似的结构颜色变化和形状变形特性。

“动物王国里充满了具有令人难以置信的能力的物种，特别是改变颜色和形状的能力，”张说。“大自然向我们展示了颜色和形状的变化是可能的，因此我们与我的同事一起开发了不同的方法，在实验室的聚合物材料中复制其中一些能力。”

张和她的同事开发的LCE对各种外部刺激做出反应，例如温度变化、拉伸引起的机械变形以及光照变化。

涂料

在她的研究中，Zhang制造了温度响应型胆甾型LCE涂层，并在这些涂层中创建了结构颜色图案。结构色源自材料的周期性结构，它反射光。没有添加颜料来达到这种效果。

通过在LCE涂层顶部放置另一个软聚合物载体层，可以手动拉伸这些胆甾型LCE薄膜。拉伸后，这些薄膜会呈现出从橙色到蓝色的颜色变化。

图案的结构色经过精心设计，使其在薄膜未拉伸时反射近红外光谱。这意味着人眼看不到结构色。该材料只有在被拉伸后才会显现出预先编程的图案，从而反射光波长会转变为可见光谱，然后图案就会变得可见。这个过程被称为机械变色。

这种非凡的材料在用作机械变色贴纸来检测基材的变形时具有巨大的潜力。例如，它提供直接的视觉反馈，使其适用于医用纺织品中的应用，以监测伤口上施加的压力，以及天花板和窗户中的应用，以监测建筑物的安全状况。

张还创造了一种3D形状的“甲虫”和一种3D形状的“乌贼”，它们在加热时会调整颜色从绿色到红色，并在暴露于近红外光时调整身体形状。

“某些甲虫表现出改变体色的非凡能力，我已经证明了在人造聚合物材料中复制这种现象的可行性，”张说。“通过在实验室中创建3D'甲虫'，我已经证明这种变色能力确实可以被模仿。值得注意的是，我的'甲虫'超越了最初的概念，还拥有改变其身体形状的能力。我进一步制作了3D“乌贼”来模仿在各种软体动物中观察到的形状和颜色适应。”

张的工作中用于制造结构彩色LCE的方法构成了用于设计和生产功能性聚合物材料的多功能工具箱的基础。

未来发展方向

对于这些材料的未来用途，张有很多愿望。

“虽然我开发的材料可用于软机器人和智能纺织品中的应变传感器，并具有重大前景，但我也希望看到这些材料的心理和美学方面在人机交互领域得到探索，“研究人员说。

“这可以为产品增加更多的视觉交互性，从而改善用户体验和产品的可访问性。此外，将这些材料融入时尚行业是另一个令人兴奋的机会，例如制作响应式珠宝，根据佩戴者的习惯调整其外观要求。”