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美英科學(xué)家開發(fā)出拉伸即可變色的新纖維
2013-02-06  來源:中國聚合物網(wǎng)
   據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道,美國哈佛大學(xué)和英國埃克塞特大學(xué)材料科學(xué)家開發(fā)出一種結(jié)構(gòu)獨特的新纖維,能在拉伸時改變顏色,色彩可覆蓋整個可見光譜的范圍。纖維柔韌有彈性,本身還可作為一種智能材料感知熱和壓力。相關(guān)論文在線發(fā)表于最近的《先進材料》雜志上。
 
   這一靈感是模仿一種生長在南美洲熱帶的果實,俗稱奇異豬莓。該果營養(yǎng)價值很低,外表卻極漂亮,呈現(xiàn)明亮的幻彩藍。研究人員解釋說,許多生物能在地球上成功生存下來,就是靠著它們的光色搭配。對于種子和果實來說,進化出明亮的顏色可以吸引播種媒介,尤其是鳥類。奇異豬莓的色彩極為誘人,是為了模仿另一種營養(yǎng)多肉的果實,欺騙鳥類來吃它們以把種子傳播到更遠。

   研究人員切開了奇異豬莓果實,從納米尺度詳細分析其結(jié)構(gòu)組成,發(fā)現(xiàn)種皮上層細胞是一種曲線形的多層重復(fù)排列,且每一層都是圓柱形的層狀結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)通過光波干涉產(chǎn)生了顏色,類似于肥皂泡的反光原理。首席研究員、?巳卮髮W(xué)自然光子學(xué)副教授彼得·武庫希科說:“這種能控制光線的結(jié)構(gòu)性表層,是進化為一種專門生理功能服務(wù)的表現(xiàn),激發(fā)了我們的技術(shù)設(shè)計。”

   “新纖維就是模仿這一自然結(jié)構(gòu),我們對其進一步設(shè)計后,使這種結(jié)構(gòu)特性進一步發(fā)揮了出來。”論文領(lǐng)導(dǎo)作者、哈佛工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院博士后馬西亞斯·科勒說,“當(dāng)然植物不能改變顏色。但我們把這種結(jié)構(gòu)和一種彈性材料結(jié)合在一起,新的人造纖維就能在拉伸過程中展現(xiàn)出彩虹般變換的顏色。”

   為了模仿這一關(guān)鍵結(jié)構(gòu),他們創(chuàng)造了一種新的卷制方法,用多層高分子聚合物包裹玻璃芯,隨后再將玻璃芯腐蝕掉。科勒說:“我們用了很細的纖維,用一種高分子聚合物雙分子層包裹它們,這就產(chǎn)生了折射率對比,在層數(shù)和彎曲程度恰當(dāng)?shù)那闆r下,圓柱截面就會產(chǎn)生鮮艷的色彩!

   這種工藝還可以擴大規(guī)模,用于工業(yè)化生產(chǎn)!拔覀兊睦w維卷制技術(shù)還可用于廣泛的材料,尤其是彈性材料,色彩調(diào)節(jié)范圍超過現(xiàn)有的任何熱延展纖維一個數(shù)量級!闭撐暮现、哈佛工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院材料科學(xué)教授喬安娜·艾森伯格說。

   研究人員還指出,這種纖維除了色彩亮麗可變以外,還有極佳的力學(xué)性質(zhì),適用范圍極廣。比如利用其延展性可以包覆各種復(fù)雜的形狀。由于纖維在不同張力下會呈現(xiàn)不同的色彩,其本身可作為一種智能型體育紡織品,在肌肉緊張程度不同的地方顯出不同顏色,或用于感知物體因受熱后的張力變化。

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(責(zé)任編輯:徐)
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