同樹葉一樣變色 新材料帶來(lái)新希望
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】天氣漸涼，姍姍來(lái)遲的秋的氣息逐漸將樹葉“染”色，伴隨著飄落的黃葉與紅葉城市霎時(shí)間裹上了新的色彩。但在景色的背后，樹葉變色的秘密卻是科學(xué)界經(jīng)久不衰的話題，甚至涉及到了一個(gè)材料學(xué)的“經(jīng)典課題”。
自然界中植物葉片的顏色變化，其實(shí)和我們熟悉的一個(gè)物質(zhì)有關(guān)，這個(gè)物質(zhì)便是葉綠素。事實(shí)上在高中課本中也提到，葉片之所以是綠色，是因?yàn)槠渲械娜~綠素掩蓋了其他顏色。當(dāng)秋冬來(lái)臨，葉綠素被外界環(huán)境分解，胡蘿卜素等其他色素的顏色便凸顯出來(lái)，葉片自然而然的也就變成了黃色和紅色。
但是這種看似簡(jiǎn)單的變色原理，背后卻是植物葉片具有獨(dú)特的太陽(yáng)光譜反射特征，并且由于葉片在顏色改變的過程中光譜特征會(huì)發(fā)生變化，因此工程領(lǐng)域很難用一種材料來(lái)模仿樹葉所具備的特殊光譜以及奇特的變色原理。
但就在最近，中國(guó)科技大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院團(tuán)隊(duì)卻獲得突破，基于仿生思想研制出了一種可以像樹葉般變色，并且兩種色態(tài)下均能復(fù)現(xiàn)植物葉片的太陽(yáng)光譜反射特征的新型高光譜變色材料。
據(jù)悉，團(tuán)隊(duì)通過將熱致變色微膠囊顏料與鈦鉻黃顏料復(fù)合，利用溶液鑄膜法制備了以聚乙烯醇為基材的變色仿生材料。這種仿生材料能夠?qū)囟茸兓龀龇磻?yīng)，從而改變自身的顏色。而在戶外環(huán)境中，兩種色態(tài)都是可以穩(wěn)定存在的。
與此同時(shí)是，在該成果的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)模型中的顏色顆粒配比進(jìn)行了進(jìn)一步的深入。該團(tuán)隊(duì)通過發(fā)展顆粒系輻射傳輸模型設(shè)計(jì)材料中的顏料顆粒配比使其模仿葉肉細(xì)胞中細(xì)胞堆疊結(jié)構(gòu)對(duì)入射輻射的散射過程，從而形成與真實(shí)葉片一致的近紅外高反射特征。不僅如此，研究團(tuán)隊(duì)還通過使用具有親水特性的基材使其能夠吸收空氣中的水汽。至此，這種新型材料不但可以像葉片一樣用顏色回應(yīng)對(duì)溫度的感知，還具備了通過環(huán)境中水分調(diào)節(jié)自身的能力，可以展現(xiàn)出天然葉片幾乎一致的紅外特征。
考慮到在很長(zhǎng)一段時(shí)間，葉片仿生都是一個(gè)重要課題，該成果如果能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、商品化，或許可以在工程領(lǐng)域引起不小的轟動(dòng)，在建筑降溫、光伏發(fā)電等熱門產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造出新的可能。
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