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美國麻省理工學(xué)院開發(fā)出一種新型凝膠結(jié)構(gòu)，它能對周圍環(huán)境，如溫度、壓力、鹽度和濕度等作出響應(yīng)，從而快速地改變顏色。專家稱這是一種使光子材料的光學(xué)特性可隨時進(jìn)行廣泛調(diào)節(jié)的巧妙且簡易的方法。相關(guān)論文發(fā)表在近期出版的《自然•材料》雜志網(wǎng)絡(luò)版上。 為了找到顏色可調(diào)的新型材料，研究人員自組裝共聚物薄膜，該薄膜由聚苯乙烯和聚乙烯嘧啶（P2VP）兩種材料交疊而成。這些層的厚度和折射率決定了哪些光能夠被凝膠反射。研究人員發(fā)現(xiàn)，在保持聚苯乙烯層的厚度不變，改變聚乙烯嘧啶層厚度的情況下，施以一定的外部刺激(比如pH值和鹽度)，可導(dǎo)致凝膠的顏色在幾分之一秒內(nèi)發(fā)生變化。 研究人員發(fā)現(xiàn)，控制P2VP層厚度的關(guān)鍵是讓每層P2VP中的氮元素帶上一個正電荷，形成一條聚合電解質(zhì)鏈，在水中它能膨脹10倍以上。如果沿著該電解質(zhì)鏈的電荷被另外的電荷屏蔽，譬如給滲透到凝膠的水中添加高濃度的鹽離子，該電解質(zhì)鏈就會被破壞，成為一個無序纏繞的球團(tuán)。當(dāng)鹽離子被沖走時，這個正電荷再度和其他電荷相互發(fā)生排斥導(dǎo)致鏈被延長，引起每個P2VP層的膨脹，從而使材料反應(yīng)出不同的顏色。 因為這種二嵌段聚合物薄膜是一維周期性的，因此膨脹只限于在一個維度發(fā)生，從而產(chǎn)生的顏色變化可達(dá)反射光波長的5.75倍。這和原先三維晶格導(dǎo)電膠產(chǎn)生的顏色變化相比有了巨大的改善。三維擴(kuò)展的凝膠產(chǎn)生的顏色變化范圍要小得多。 研究也證實，這種新型的凝膠對壓力、濕度和溫度等都十分敏感。使用機(jī)械力和化學(xué)力可獲得相當(dāng)大的響應(yīng)，顏色的變化范圍可涵蓋從紫外光到紅外光的整個光譜范圍。目前，研究人員正在就凝膠對電壓響應(yīng)產(chǎn)生的顏色變化進(jìn)行科學(xué)試驗。 這項新型凝膠可用作廉價、快速的化學(xué)反應(yīng)器。譬如，在食品加工廠，這種凝膠可作為環(huán)境感應(yīng)器，用于檢測過分暴露于濕氣中的食品是否必須保持干燥。 |
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