5月17日
廈門大學化學化工學院
侯旭團隊副教授鄭靖
與合作者的科研成果
在國際頂級學術期刊Nature上發(fā)表
成果顯示，研究團隊
開發(fā)了一種像“變色龍”般的
新型活性膠體材料
通過控制光
可以使它呈現(xiàn)變化多端的圖案與色彩
這項新技術比傳統(tǒng)的變色材料
更加可靠和便利
為活性智能材料的設計
開辟了新的方向！
在自然界中，章魚、墨魚、魷魚等頭足類動物具有強大的變色偽裝能力——它們可以通過控制肌肉，將皮膚表面下成千上萬的色素顆粒進行重新排布，從而根據(jù)周圍環(huán)境的變化快速調節(jié)膚色，達到偽裝掩飾的目的。
受到這種自然現(xiàn)象的啟發(fā)，廈門大學化學化工學院侯旭團隊鄭靖副教授和香港大學唐晉堯教授合作開發(fā)了一種新型的光致變色活性膠體材料，實現(xiàn)了對多組分非平衡態(tài)體系的多自由度控制和可編程的光響應相分離，為彩色電子紙和自供電光學偽裝提供了一種簡便的方法。
5月17日，這項研究成果以“Photochromism from wavelength-selective colloidal phase segregation”為題在線發(fā)表于Nature。廈門大學化學化工學院鄭靖副教授為論文第一作者，香港大學唐晉堯教授為論文通訊作者。侯旭教授對本研究給予大力支持并參與論文討論修改，香港科技大學李志剛教授、童彭爾教授和香港大學王宇鋒教授參與文章討論，陳靖遠博士、靳亞康博士、溫言博士、牧一江博士、吳昌進博士參與了該論文的部分工作。
如變色龍般的智能膠體
在彩色電子紙的應用中，帶電顏色粒子可以根據(jù)施加電壓的情況實現(xiàn)不同聚散和分布情況，因而可以用來顯示不同的圖像和文字。基于此，研究團隊開發(fā)了一種新型活性膠體材料，通過控制光控制膠體粒子的不同聚散形態(tài)，形成多種不同的“相”，并達致宏觀變色的效果。“相”是物質在不同狀態(tài)、不同結構下的不同形態(tài)或表現(xiàn)形式。這種膠體可受光的影響，通過控制這些“相”之間的比例和位置，制造出更復雜的微米級結構。
簡而言之，就是可以運用光學活性材料呈現(xiàn)出變化多端的圖案與色彩。
活性智能材料的新突破
近年來，光驅微納米機器人技術的快速發(fā)展為研發(fā)活性材料提供了良好的環(huán)境。人們可以通過改變入射光的光強、波長、偏振等因素而精準調節(jié)粒子的速度與運動方向，并透過改變局域化學梯度場改變粒子間的有效相互作用。這為實現(xiàn)活性粒子的智能化，進而實現(xiàn)群體智能提供了重要的契機。
基于此，研究團隊設計了一種波長選擇性TiO2活性膠體系統(tǒng)，其中活性膠體粒子用光譜特征染料編碼，形成光致變色膠體群。粒子-粒子的相互作用可以通過結合不同波長和強度的入射光來靈活調節(jié)，從而實現(xiàn)可控的膠體聚集和分離，為研究微納粒子的相行為和結構演化動力學提供了理想的模型。
受自然界中光致變色現(xiàn)象啟發(fā)，研究團隊進一步通過混合青色、品紅和黃色膠體形成動態(tài)光致變色墨水，并在宏觀上實現(xiàn)了光致變色。
這項新技術比傳統(tǒng)的變色材料更加可靠和便利，為彩色電子紙和自供電光學偽裝等應用提供了一種更加簡便的方法，有助于促進人類對人造活性材料的“群體智能”的理解，并為活性智能材料的設計開辟新方向。
只有積小步才能成大步
和大多數(shù)重大創(chuàng)新成果的誕生過程一樣，本次成果的取得也不是一日之功：
論文第一作者鄭靖2018年還在香港大學從事博士后研究之時，就在導師唐晉堯教授的指導和支持下開展相關的研究工作，直至2022年2月正式加盟廈大化院侯旭團隊，依然在進行補充實驗以及論文修改。
從想法的提出到論文的刊發(fā)，五年的時間里，研究團隊投入了大量的時間和精力在“觀察”和“試錯”上。
粒子運動觀測和圖像拍攝需要借助顯微鏡完成，團隊必須高度專注地觀察不同的實驗條件下圖像細微的變化。“最難的是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)微小現(xiàn)象后，要及時確認實驗結果和優(yōu)化。錯過任何一個細節(jié)，結果都可能謬之千里。”鄭靖說。
從各色的染料到各類的光譜，光強多少？波長多少？光路如何設計搭建……團隊需要在一次次的定量微量調節(jié)中，認真觀測哪種組合有效果，并進行仔細篩分，之后通過表界面改性，調整粒子的光譜吸收，調整粒子對不同的光的響應。為了得到理想的實驗參數(shù)和結果，團隊日以繼夜奮戰(zhàn)在實驗室，甚至2022年大年初一的時候，團隊還在討論和修改論文。守得云開見月明，在反復的觀測和試驗中，顯微鏡下的圖像變得越來越清晰。
“對每個科研人來說，做研究沒有捷徑，只有積小步才能成大步，奮斗這條路上沒有終點。”鄭靖說。
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