復合材料模仿生物體的顏色變化

一系列生物,包括變色龍,章魚和青蛙,可以根據環境的變化改變顏色。已經獲得了解剖,細胞和分子水平背后的機制的一些見解。然而,為了充分了解這種現象并將其轉化為有用的人工應用,仍需要做很多工作。

復合材料模仿生物體的顏色變化的圖1

a)這是含有0.20wt%炭黑(CB)的球形膠體晶體的照片。二氧化硅微粒的粒徑為200?300nm,使用11種不同的粒徑。b)這是使用使用具有各種粒度和CB的單分散二氧化硅顆粒制備的球形膠體晶體繪制的一個象鼻的圖片。象鼻的周圍用不含CB的球形膠體晶體繪制,并隨著背景顏色而變化。(?Wiley)
正如Small雜志(“結合染料和染料的生物色彩材料”)所報道的,名古屋大學分子設計和工程系的研究人員開發了一種含有染料和晶體的材料,可以改變顯示的顏色和圖案,具體取決于在它內部使用的背景顏色以及它暴露在可見光或紫外光下。
該團隊受到啟發,通過在某些青蛙的皮膚中獲得的發現開發這種材料,其中具有不同性質的不同層的細胞結合起來以實現顯著的顏色變化。

復合材料模仿生物體的顏色變化的圖2

這是由于光照和背景顏色而使用復合色料產生的牽牛花圖片的顏色變化。(?Wiley)
這種新型材料的每個組成部分都對其顏色屬性起著關鍵作用。例如,染料將其固有的顏色貢獻給材料的外觀,可以通過將它們混合到不同的程度來調節它們的顏色。這些染料還包括那些在曝光時會改變顏色的染料。
球形晶體也被引入到系統中,而不是通過其固有的色素沉著影響顏色,而是通過其可以直接干擾光的微觀結構影響它。最后,采用黑色顏料和不同背景顏色來改變系統其他組件顯示的顏色。
“我們研究了系統中不同組件的影響,例如通過改變晶體尺寸,將背景從白色轉換為黑色,或者對可見光或紫外光進行曝光,”通訊作者Yukikazu Takeoka說。“我們發現這些變化導致不同顏色在材料上顯示,類似于某些生物體因其環境中的各種因素而改變顏色的方式。”

復合材料模仿生物體的顏色變化的圖3

這是由粒徑為250nm的二氧化硅微粒構成的球形膠體晶體的電子顯微鏡照片:(a)顯示一個球形膠體晶體的圖像,(b)球形膠體晶體的表面圖像,(c)球形膠體晶體,和(d)保持在125μm和150μm之間的網眼尺寸之間的球形膠體晶體。(?Wiley)
“這是一個令人興奮的研究階段,因為我們越來越能夠改變一些動物用于人造設備的變色機制,”研究第一作者Miki Sakai補充道。“如果這些人造變色材料可以等于或超過一些動物(如章魚和青蛙)制作的鮮艷顯示屏,它可能在開發新顯示技術方面有令人興奮的應用。”

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