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  仿生材料一直是材料領域的研究熱點，北京科技大學新材料技術研究院楊槐教授團隊通過仿生頭足類動物的隱身變色機制，成功開發(fā)了一種高敏感度、色域變化范圍廣、高色彩鮮艷度的仿生力致變色膽甾相液晶彈性體。

  自然界中一些生物在漫長的進化過程中，獲得了在復雜的自然環(huán)境中“隱身”的能力，實現(xiàn)捕食或躲避危險的目的。頭足類動物（例如章魚）變色“隱身”能力尤為突出，這是由于它們同時具有兩種變色機制不同的細胞：色素細胞（chromatophores）和虹彩細胞（iridophores）。兩種細胞層在肌肉的拉伸或收縮力的作用下，分別可以改變其皮膚的色素色和結構色，實現(xiàn)兩種變色機制的協(xié)同作用。當前，仿生力致變色材料的研究大多只基于結構色變色或色素色變色中的一種。其中結構色變色具有反應快的優(yōu)點，但其顏色對比度通常較低，具有角度依賴性；而色素色變色的鮮艷程度較高，但變色基元通常需要較大的應力才能響應變色，敏感度較低。

  近日，北京科技大學新材料技術研究院楊槐教授團隊通過仿生頭足類動物的隱身變色機理，將可交聯(lián)的螺吡喃分子（SPBM）引入膽甾相液晶彈性體中。并通過在體系中摻雜經(jīng)修飾的納米粒子，利用應力集中效應有效提升了螺吡喃分子對應力的敏感度，成功開發(fā)了一種高敏感度、色域變化范圍廣、高色彩鮮艷度的仿生力致變色膽甾相液晶彈性體。

圖1. 可交聯(lián)螺吡喃分子的結構及性質

  膽甾相液晶彈性體（Cholesteric Liquid Crystal Elastomers, CLCE）是一種具有周期性螺旋超結構的的手性軟光子晶體。通過改變CLCE周期性螺旋結構的螺距可以動態(tài)調節(jié)其結構色。將具有力致色素色變色功能的SPBMs引入CLCE體系中，可實現(xiàn)結構色與色素色動態(tài)調制的結合。但傳統(tǒng)CLCE體系制備的彈性體通常模量不高，拉伸狀態(tài)產(chǎn)生的應力難以達到觸發(fā)螺吡喃開環(huán)的條件。

圖2. a)未添加納米粒子體系在不同拉伸率下的吸收光譜以及實物圖；b)添加納米粒子體系在不同拉伸率下的吸收光譜以及實物圖。

圖3. 仿生薄膜的機理示意圖。

  對比圖4中CLCE與BLCE的反射光譜，BLCE相較CLCE，在同樣0-100%的拉伸率下，BLCE具有更廣的變色范圍。在BLCE不同拉伸長度下的透過光譜中，于462nm處出現(xiàn)SPBMs色素色變色的特征峰，并隨著拉伸長度的增加而變強，薄膜的顏色由結構色與色素色疊加呈現(xiàn)。通過實物照片對比可以看出，BLCE的顏色明顯更加鮮艷，色域也更廣。 

圖5. BLCE薄膜可以通過對其施加外力的方式，在不同背景下改變顏色，達到隱身的效果。并且通過梯度聚合的方式，對薄膜進行圖案編程，并在拉伸之后顯現(xiàn)出圖案。

  本工作鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202205325

  相關前期工作鏈接： https://doi.org/10.1002/anie.202107048