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向皮肤学习起皱的新材料

时间: 2016年08月30日 | 作者: admin | 来源: 美国化学学会
在水母、鱿鱼和人类皮肤的启发下,化学家创造出了能够随着环境变化而改变颜色和质地的材料。


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鱿鱼和水母的皮肤与人类的皮肤有什么共同点?这三种材料都为一些化学家带来了灵感,使他们创造出能够随着环境变化而改变颜色和质地的材料。这些材料能够用来为秘密信息加密,制造抗反光表面,或是检测环境湿度或产品损伤。

 

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【图注】在干燥的情况下,在电路板上的涂料是不可见的;受潮后,它会发皱,显示出H2O”(水)的字样。

 

研究人员在第252届美国化学学会年会(National Meeting & Exposition of the American Chemical Society)上展示了他们的研究成果。

 

 “我们的实验材料通过裂缝,折叠和褶皱来模拟皮肤的表面工程结构,”该研究的项目负责人 Luyi Sun博士表示,“这些新材料是独一无二的,因为它们能在拉伸或者受潮的情况下改变颜色或透明度。”

 

人类的手指在浸入水中一会儿后会起皱。但是Sun 的研究生 Songshan Zeng 表示,水母的皮肤也会起皱。他说,“当它们受到惊吓时,有一些水母的皮肤表面会起皱,变得不透明,这会吓跑掠食者。”Zeng 在该项目中扮演主要角色。

 

当这种水母皮肤表面是平整的时候,它的颜色是透明的。“鱿鱼受到惊吓时的反应更厉害:它的皮肤里的肌肉会收缩,使皮肤中的色素暴露出来成为伪装。”

 

来自康涅狄格大学的 Sun 的团队和他们的合作者 Dianyun Zhang 博士研究了这三种皮肤的表面工程结构是如何随着环境的变化而改变自身的性质的。

 

研究人员将一层坚硬的聚乙烯醇薄膜覆盖在聚二甲基硅氧烷(PDMS)橡胶基底上,用这种方式复制能够发皱的表面。Sun 表示,“和手指的皮肤一样,一旦薄膜受潮,它就会微微发胀产生褶皱。”

 

因为这种薄膜的发皱部分是不透明的,它能够用来在薄膜受潮时形成图案,比如字母。Sun 指出,他们是为数不多的研究潮湿导致起皱的机理的团队,他们研究的是褶皱的持续时间以及如何抚平褶皱的方法。

 

薄膜中聚合物链是否交联,以及交联的程度决定了材料是否能重复起皱。从另一方面来说,如果薄膜并不是通过交联形成的,那么湿度就能引起褶皱,此后会自然抚平,但这个过程不可重复。

 

Zeng 表示,这种性质可以用来制作阅后即消失的信息,007可能会喜欢。不过,如果薄膜是通过交联制造的,那么受潮后褶皱就不会再消失。

 

因此,用这种材料制造的标签能够被贴到手机(或是任何电路板)中。一旦手机掉到马桶里,那么标签上就会形成永久的褶皱,这种褶皱可以被设计成任何需要的形状,比如水的分子式H2O”。有了这种技术,消费者的保修是否作废在商家面前一目了然。

 

这些研究者还在研究起皱材料在手机中的另一种应用。他们表示,因为褶皱可以让光线向四面八方散射,而不是朝一个方向反射,因此改变配方后的材料还可以用来制造便宜且有效的抗反光手机显示屏。

 

Sun 的团队在另一个独立的项目中通过制造了一层PDMS基极层来模仿鱿鱼的皮肤。PDMS基极层中含有少量荧光染料,且表面包覆着一层坚硬的聚乙烯醇/粘土复合材料。粘土让材料表面容易形成大量的裂缝和褶皱。

 

如果拉伸材料,原本光滑的表面上就会产生褶皱和裂缝,材料的外观和拓扑就会改变。根据成分的不同,薄膜可以在不同颜色间切换,发光或是从透明变成不透明,而这些过程都是可逆的。

 

这种材料的一种潜在应用是智能窗户,这种窗户中含有一种透明的材料,但是当它被轻微拉伸时该材料就会变得不透明,这可为用户提供隐私保护。Sun 表示,这类材料是他们团队首创的。

 

来源 美国化学学会

翻译 徐寒易

 

原文链接:https://www.sciencedaily.com/releases/2016/08/160821093043.htm


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