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  仿生材料一直是材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院楊槐教授團(tuán)隊(duì)通過仿生頭足類動(dòng)物的隱身變色機(jī)制，成功開發(fā)了一種高敏感度、色域變化范圍廣、高色彩鮮艷度的仿生力致變色膽甾相液晶彈性體。

  自然界中一些生物在漫長的進(jìn)化過程中，獲得了在復(fù)雜的自然環(huán)境中“隱身”的能力，實(shí)現(xiàn)捕食或躲避危險(xiǎn)的目的。頭足類動(dòng)物（例如章魚）變色“隱身”能力尤為突出，這是由于它們同時(shí)具有兩種變色機(jī)制不同的細(xì)胞：色素細(xì)胞（chromatophores）和虹彩細(xì)胞（iridophores）。兩種細(xì)胞層在肌肉的拉伸或收縮力的作用下，分別可以改變其皮膚的色素色和結(jié)構(gòu)色，實(shí)現(xiàn)兩種變色機(jī)制的協(xié)同作用。當(dāng)前，仿生力致變色材料的研究大多只基于結(jié)構(gòu)色變色或色素色變色中的一種。其中結(jié)構(gòu)色變色具有反應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，但其顏色對比度通常較低，具有角度依賴性；而色素色變色的鮮艷程度較高，但變色基元通常需要較大的應(yīng)力才能響應(yīng)變色，敏感度較低。

  近日，北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院楊槐教授團(tuán)隊(duì)通過仿生頭足類動(dòng)物的隱身變色機(jī)理，將可交聯(lián)的螺吡喃分子（SPBM）引入膽甾相液晶彈性體中。并通過在體系中摻雜經(jīng)修飾的納米粒子，利用應(yīng)力集中效應(yīng)有效提升了螺吡喃分子對應(yīng)力的敏感度，成功開發(fā)了一種高敏感度、色域變化范圍廣、高色彩鮮艷度的仿生力致變色膽甾相液晶彈性體。

圖1. 可交聯(lián)螺吡喃分子的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

  膽甾相液晶彈性體（Cholesteric Liquid Crystal Elastomers, CLCE）是一種具有周期性螺旋超結(jié)構(gòu)的的手性軟光子晶體。通過改變CLCE周期性螺旋結(jié)構(gòu)的螺距可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)其結(jié)構(gòu)色。將具有力致色素色變色功能的SPBMs引入CLCE體系中，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)色與色素色動(dòng)態(tài)調(diào)制的結(jié)合。但傳統(tǒng)CLCE體系制備的彈性體通常模量不高，拉伸狀態(tài)產(chǎn)生的應(yīng)力難以達(dá)到觸發(fā)螺吡喃開環(huán)的條件。

圖2. a)未添加納米粒子體系在不同拉伸率下的吸收光譜以及實(shí)物圖；b)添加納米粒子體系在不同拉伸率下的吸收光譜以及實(shí)物圖。

圖3. 仿生薄膜的機(jī)理示意圖。

  對比圖4中CLCE與BLCE的反射光譜，BLCE相較CLCE，在同樣0-100%的拉伸率下，BLCE具有更廣的變色范圍。在BLCE不同拉伸長度下的透過光譜中，于462nm處出現(xiàn)SPBMs色素色變色的特征峰，并隨著拉伸長度的增加而變強(qiáng)，薄膜的顏色由結(jié)構(gòu)色與色素色疊加呈現(xiàn)。通過實(shí)物照片對比可以看出，BLCE的顏色明顯更加鮮艷，色域也更廣。 

圖5. BLCE薄膜可以通過對其施加外力的方式，在不同背景下改變顏色，達(dá)到隱身的效果。并且通過梯度聚合的方式，對薄膜進(jìn)行圖案編程，并在拉伸之后顯現(xiàn)出圖案。

  本工作鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202205325

  相關(guān)前期工作鏈接： https://doi.org/10.1002/anie.202107048