浙江大学唐睿康教授课题组在仿生变色龙皮肤薄膜上取得新进展

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在自然界中，各种生物所表现出的颜色可分为两大类：化学色和结构色。化学色是由生物体内的各种色素产生。结构色是由特定波长的光线与纳米级的结构相互作用产生。变色龙也不例外，它的虹细胞中的鸟嘌呤纳米晶体正是这样一种可以与自然光作用产生绚丽结构色的纳米晶体。当变色龙处于平静的状态下时，这些晶体排列紧密。而当变色龙紧张时，它们会主动控制晶体的疏密程度，使其排列更加松散，这样的结构会反射波长更长的光，于是展现出更鲜艳的结构色。而这一系列变化，在眨眼之间即可完成。这种可逆的结构色变化正是由特殊的各向异性结构与自然光相互作用而产生。

应力响应型智能材料能够显示由外部应力引起的颜色变化，能够广泛用于机械损伤和应力应变成像分布，因而在在材料科学与工程领域拥有巨大的应用潜力。以往，基于纤维素纳米纤维/晶体构建的各向异性复合水凝胶因其具有优良的柔韧力学和应力诱导的快速且敏感的响应，成为最为一类广泛的研究对象。然而，这些水凝胶仍然面临着一些问题，比如只能在水环境中稳定存在，且力学承载能力有限。因此制备具有高强韧力学且拥有快速应力诱导色彩响应的智能材料仍然是一个巨大的挑战。

基于课题组前期在利用无机离子寡聚体构建均相结构（Nature 2019, 574, 394-398，Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2071-2075）和分级层次结构（Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1908556）材料的巨大优势，通过使用超小尺寸的磷酸钙寡聚体（直径 ~ 1.75 nm）作为羟基磷灰石纳米线的前驱体和聚乙烯醇作为弹性有机基质来构建具有应力响应的薄膜材料。结果表明，所得到的薄膜具有优异的韧性（48.3±5.2 MJ m^-3）。在外加循环应力作用下，嵌在聚合物网络中的羟基磷灰石纳米线可以在高分子链的带动下排列成高度有序的晶体阵列。在正交偏光系统下产生强烈的双折射，且能够用肉眼观察。因此，本研究为利用超小无机离子寡聚体制备具有超韧力学性能的功能薄膜，为其在智能应力检测设备中的潜在应用提供了一条途径。此外，本研究为利用超小尺寸的无机离子寡聚体制备具有特定功能、结构的纳米复合材料提供了新的方向。

仿生变色龙皮肤的薄膜制备方法及结构

仿生变色龙皮肤的薄膜的超韧力学性能

仿生变色龙皮肤的薄膜在应力作用下的微观结构与色彩的关系

仿生变色龙皮肤的薄膜在循环应力作用下表现出与变色龙皮肤类似的变色行为

研究成果发表于近期的ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。论文的第一作者为浙江大学化学系博士生余亚东，共同通讯作者是浙江大学化学系刘昭明特聘副研究员和唐睿康教授。

原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c09212

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