埃默里大学 智能皮肤的叶子形状的样本，正处于从黄橙色到绿色的变化之中
学分:埃默里大学 变色龙可以改变皮肤的颜色，所以它要么融入背景中隐藏起来，要么站出来捍卫自己的领土并吸引配偶
变色龙利用其皮肤中的光子晶体，让这个把戏看起来很简单
然而，科学家们一直在努力制造一种光子晶体“智能皮肤”，在不改变尺寸的情况下，根据环境改变颜色
《美国化学学会纳米》杂志发表了由埃默里大学化学家领导的研究，找到了解决这个问题的方法
他们开发了一种灵活的智能皮肤，可以对热和阳光做出反应，同时保持接近恒定的体积
“看着变色龙变色让我有了突破的想法，”第一作者萧艺·董博士说
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埃默里大学化学系的候选人
“基于对大自然的观察，我们已经为变色智能皮肤开发了一个新概念
" 该论文的资深作者、埃默里大学的化学教授哈利德·萨莱塔补充说:“光子晶体领域的科学家们已经努力了很长时间，试图为一系列潜在的应用创造变色智能皮肤，例如伪装、化学传感和防伪标签。”
“虽然我们的工作仍处于基础阶段，但我们已经确立了探索和发展新方法的原则
" 这篇论文的合著者包括艾丽西娜·巴兹拉夫山和戴尔·库姆斯
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学生)；金伯利·克拉克(Emory博士后研究员)；安娜斯塔西娅·波库塔、法蒂萨·苏莱马尼和孙伟(来自佐治亚理工学院的华莱士·H
库尔特生物医学工程系)
除了变色龙，许多其他生物也进化出了变色的能力
例如，霓虹四条鱼的条纹，当它们游到阳光下时，会从深蓝色变成蓝绿色
这些生物的颜色不是基于色素，而是基于重复图案中的微小颗粒，被称为光子晶体
这些粒子的周期性导致材料干扰光的波长
虽然粒子本身是无色的，但它们之间的精确间距允许某些光波穿过它们，同时排斥其他光波
产生的可见颜色根据诸如光照条件或粒子之间距离的变化等因素而变化
一些蝴蝶翅膀的彩虹色和孔雀的羽毛是自然界光子晶体的其他例子
董解释说，如果你把草莓放入搅拌机，得到的液体会是红色的，因为草莓的颜色来自色素
然而，如果你研磨彩虹色的蝴蝶翅膀，结果将是一种暗淡的粉末，因为彩虹色不是基于颜料，而是基于所谓的“结构色”
“当蝴蝶翅膀被碾碎时，光子晶体阵列的结构就会被破坏
同样的智能皮肤样本，在它从黄橙色变成绿色后
热水被用来刺激这个实验演示的变化
学分:埃默里大学 为了模仿变色龙并创造一个人工智能皮肤，科学家们已经尝试将光子晶体阵列嵌入到柔韧的含水聚合物或水凝胶中
水凝胶的膨胀或收缩会改变阵列之间的间距，从而导致颜色变化
然而，问题在于，产生可见色调变化所需的手风琴式动作导致水凝胶尺寸显著增大或缩小，导致材料的结构不稳定和弯曲
“没有人想要一件会缩水变色的迷彩斗篷，”萨拉塔指出
董一边看着YouTube上的变色龙视频一边思考这个问题
“我想知道为什么变色龙不会随着颜色的变化而变大或变小，而是保持原来的大小，”他说
在变色龙变色的特写镜头中，董注意到光子晶体阵列并没有覆盖整个皮肤，而是分散在一个黑暗的矩阵中
当光子晶体变成不同的颜色时，这些颜色块保持相同的距离
董假设，构成暗矩阵的皮肤细胞以某种方式进行了调整，以补偿光子晶体中的位移
受变色龙皮肤的启发，这种柔韧的材料会随着热和光而改变颜色
信用:改编自ACS Nano 2019，DOI: 10
1021/acsnano
9b04231 “我想知道我们是否可以设计类似的东西——一种嵌入应变调节矩阵的光子晶体阵列的复合结构，”董说
研究人员使用磁铁在水凝胶中排列含有氧化铁的光子晶体图案
然后他们将这些阵列嵌入第二种不变色的水凝胶中
第二种弹性水凝胶与第一种水凝胶机械匹配，以补偿光子晶体之间的距离偏移
当被加热时，这种适应压力的智能皮肤会改变颜色，但保持接近恒定的大小
董还在阳光下测试了这种材料，将合成孔径声纳胶片制作成鱼的形状，以此向霓虹灯四射致敬，并制作成树叶的形状
当暴露在自然阳光下10分钟后，萨斯薄膜从橙色变成绿色，尺寸没有变化
“我们已经提供了一个总体框架来指导未来人工智能皮肤的设计，”董说
“现实生活中的应用还有很长的路要走，但将这一领域向前推进一步是令人兴奋的
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