科學家造出隨拉力而變顏色的神奇材料

科學家通過把細小的納米微球分層鋪在可延伸的纖維上面,創造出了一種可以隨拉伸而改變顏色的神奇材料,他們稱之為“聚合物貓眼石”。

利用光學晶體研制的特殊油墨,科學家借助可調節電壓的打印機,構造出任何可以改變顏色的柔軟貓眼石。這種新型打印方法發表在最新一期《高級材料工程》雜志上。

劍橋大學納米光學中心的科學家Jeremy Baumberg說:“你不需要不同顏色的打印油墨,在打印的過程中就可以任意改變顏色。”

這種細小的油墨顆粒大小僅200納米,它模擬了自然界能夠產生顏色的納米結構。蝴蝶的翅膀、鳥兒的羽毛以及一些多彩的寶石都是通過有序的納米結構來彎曲和反射光線產生顏色,而不是通過色素。

材料表面納米晶體的不同排列方式產生不同的顏色。對于普通的色素而言,從不同的角度看到的顏色是一樣的,并且容易褪色。這種因結構而產生的顏色從不同的角度觀看有不同的色彩,而且能夠做到永不褪色。

把納米晶體沉積在彈性材料的表面,就制成了能夠隨著扭曲、彎曲和拉伸而改變顏色的材料。這是因為外力可以改變納米結構之間的距離,從而對不同波長的光線進行反射和衍射,產生彩虹色彩。

無需色素的色彩

自然界產生顏色主要途徑是色素,但有些動物經過進化卻選擇了結構顏色,即依靠自然光與波長尺度相似的微結構的相互作用而產生顏色。牛頓第一個提出包括孔雀等鳥類的羽毛、昆蟲等的顏色來源于薄膜干涉。人們也了解到許多鳥類包括孔雀的羽毛中存在有規律的周期結構.孔雀羽毛的顏色策略非常精妙,小羽枝表皮下面的周期結構是羽毛結構顏色的起因。實驗和理論模擬顯示二維周期結構沿表皮方向對某一波段的光有很強的反射,形成顏色。其調控方式有兩種,一種是調控周期長度,另一種是調控周期數目。不同顏色是由于表皮下的周期結構的周期長度不同,藍色、綠色、黃色、棕色小羽枝對應的周期長度依次增大。棕色羽毛還利用了Fabry-Perot干涉效應,其周期數目最小,由F-P效應造成額外的藍顏色,形成混合色而呈棕色。

光波干涉的基本原理

當兩單色光相干波發生干涉時,將產生一系列明暗條紋,稱為干涉條紋。而白光發生干涉時,則產生由紫至紅的一系列彩色條紋。這些由干涉作用形成的顏色,稱為干涉色。干涉色的具體顏色受兩束相干光的光程差制約,如果以白光為光源,當光程差在0-550nm范圍時,將依次出現暗灰、灰白等干涉色,稱為一級干涉色,其特點是只有暗灰、灰白,無藍、綠;光程差在550-1100nm范圍時,依次出現藍、綠、黃橙、紫紅等干涉色,稱為二級干涉色,特點是比較鮮艷,干涉色條帶間界線較清楚;光程差在1100-1650nm范圍時,出現第三級干涉色,顏色與第二級相同,但比第二級較淺,條帶間界線也不十分清楚;光程差大于1650nm后出現第四級至更高級干涉色。色級越高,顏色越淺,條帶之間界線也越不清楚。(清風)