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“人造变色龙“:实现准可见光波段的连续变色,伪装代替隐身
梅西 2016-03-15
导语

变色龙能够迅速改变自己的肤色,用来伪装自己与他人交流。长久以来,世界各地的科学家都想模拟出它们的皮肤,从而有效地隐形。如今,中国科学家研制出一款机械变色龙,它能够借助皮肤上的金银凸块进行颜色变换,颜色范围几乎达可见光谱的所有色调。

变色龙能够迅速改变自己的肤色,用来伪装自己与别人的交流。长久以来,世界各地的科学家都想模拟出变色龙的皮肤,如今来自中山大学和武汉大学的科研人员做到了。一款机械人造变色龙(实验视频)能够借助皮肤上的金属纳米颗粒进行颜色变换,颜色范围几乎达可见光谱的所有色调。武汉大学教授王国平团队和中山大学楚盛教授团队合作用近两年时间完成了相关研究。日前,该成果发表于美国化学学会主办的《ACS纳米》杂志。并被美国化学学会杂志C&EN,英国皇家化学学会以"Chameleon inspired camouflage"的新闻进行报道。

在自然界,变色龙绚丽多变的体色格外引人注目。自然界的变色龙不是靠色素细胞变色,而是靠调节皮肤表面的纳米光子晶体结构,通过改变对光的反射特性而变色的。研究人员在3D打印的变色龙身上覆盖了由纳米级的金颗粒阵列组成的有源局域表面等离激元器件,就像变色龙的盔甲鳞片。通过在“鳞片”上施加电压,可以在金纳米颗粒上沉积或去沉积不同厚度的银膜,来调控金属局域表面等离激元的性质,从而实现“实时”反射不同波长光的目的,即实现变色。

“人造变色龙”的灵感,源于王国平的一次科学偶遇。“有一次去宁波,在高铁上,我看到一个新闻,美国加州大学利用乌贼皮肤提取的一种蛋白质做成胶带,帮助士兵躲过红外线探测。”他想,目前运用超材料在可见光情况下隐身并不容易,但何不试试用伪装替代隐身?”飞驰的列车中,思维也开始疾驰。王国平毕业于加州大学(河滨)电子工程系,他选择了自己最熟悉的“等离激元金属纳米颗粒”作为变色材料。 

王国平举了个例子:金属纳米,尤其是金、银纳米颗粒的显色,早在千年以前就有所体现。“著名的古罗马酒杯 Lycurgus Cup,正是因为玻璃中含有金银的纳米颗粒,酒杯才会在不同的光照条件下,展现出特殊的绿色或者洋红色色彩。”将经过处理的金纳米颗粒附上一层银膜,这样有源局域表面等离激元器件就成了变色龙的“铠甲”。 

图:古罗马酒杯 Lycurgus Cup在不同光照条件下的展现出不同色彩

“通过对‘铠甲’施以不同的电压,可以在金纳米颗粒阵列上沉积或去沉积不同厚度的银膜,来调控金属局域表面等离激元的性质,从而实现‘实时’反射不同波长光的目的,即实现变色。”王国平说。

目前,研究团队已能通过调控电压实现准可见光波段的连续变色。将“铠甲”披在3D打印的变色龙模型上,在眼睛处装上红绿蓝三色颜色传感器,并配备一个嵌入式控制系统。当传感器“看”到相应颜色后,会告诉计算机系统,系统就会给“鳞片”施加一个电压,电压大小、施加时间由前期实验结果决定,并存入系统程序里,从而实现颜色自动调控。一条具有主动伪装本领的“人造变色龙”,就在我们面前完美地融入了背景墙中。


楚盛教授表示,这些人造变色龙鳞片将来可以被焊接到弹性背衬中,为军队士兵制造变色伪装,这种装置的确切名称为“等离子体激元细胞”,它还可以用于低功率的彩色电子纸和电子显示屏中。

研究团队就用这些变色小元件制作了电控显示屏(实现视频),用它们实时调控显示“SYS”等字样。这也体现了变色鳞甲片在更多方面的潜在应用。


文章链接:

Mechanical Chameleon through Dynamic Real-Time Plasmonic Tuning

王国平老师简介:

武汉大学动力与机械学院老师,Email:guopingwang@whu.edu.cn

楚盛教授简介:

中山大学物理科学与工程技术学院教授,博导,Email:chusheng@mail.sysu.edu.cn

个人主页:http://spe.sysu.edu.cn/node/284

研究方向:半导体薄膜、纳米材料和器件;光电子器件;微电子存储器件;太赫兹波器件;先进金属材料;

(本文资料来源:武汉大学和中山大学,由e科网整理编辑)

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  • 人造变色龙
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文章评论(1)
爬上海岸的鱼[SYNNEX China]

高铁的贡献啊,以后建议科研人员只做火车

829天前 | 回复
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作者 梅西

本科生

北京工业大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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