智能液晶高分子薄膜會(huì)變色、有記憶、能自愈

需要增透減反技術(shù)可以聯(lián)系我們上海工廠18917106313

上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號(hào)灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國(guó)科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。

受訪者供圖

當(dāng)前主流的變色材料主要由無機(jī)分子或者可變色的染料分子構(gòu)成。天津大學(xué)封偉教授團(tuán)隊(duì)用高分子制備出一種厚度只有200微米，具有變色、記憶和自**功能的智能變色液晶高分子薄膜，這種薄膜在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出應(yīng)用前景。

新買的包包可以隨意變換顏色，不小心刮破的衣服能像皮膚一樣**……這些似乎只在科幻電影里出現(xiàn)過的場(chǎng)景，如今已逐漸成為現(xiàn)實(shí)。

日前，天津大學(xué)封偉教授團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了一種新型智能材料——智能變色液晶高分子薄膜（以下簡(jiǎn)稱薄膜）。這種新材料不僅能變色，還有形狀記憶和自**功能。相關(guān)研究被選為封面文章刊發(fā)在國(guó)際期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。

通過液晶分子周期排列實(shí)現(xiàn)材料變色

在神奇的自然界中，許多生物經(jīng)過億萬年的自然選擇和進(jìn)化，逐漸演變出自適應(yīng)變色偽裝能力，以便能隨時(shí)躲避天敵。

比如變色龍就能夠通過主動(dòng)控制細(xì)胞層內(nèi)部的納米晶體排列結(jié)構(gòu)，根據(jù)周圍環(huán)境實(shí)現(xiàn)自身顏色的變化，達(dá)到與背景顏色匹配的目的。

研究發(fā)現(xiàn)，變色龍?zhí)幱谄届o狀態(tài)時(shí)，其細(xì)胞層內(nèi)部的納米晶體的排列是緊密的，可以特異性地反射短波長(zhǎng)的可見光；而面臨緊急情況時(shí)，變色龍就會(huì)通過機(jī)械力作用，主動(dòng)控制晶體的疏密程度，使晶體的排列變得更加松散，選擇性反射波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光。

“這些生物體獨(dú)特的表皮微納光學(xué)結(jié)構(gòu)及其自主動(dòng)態(tài)變色的機(jī)制，為我們開發(fā)新型仿生智能變色材料提供了豐富的靈感。”天津大學(xué)材料學(xué)院高分子系教授封偉說。

近年來，國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)在仿生變色龍的智能變色材料方面取得了一系列重要進(jìn)展。膽甾相液晶等手性液晶材料是一類具有周期性螺旋超結(jié)構(gòu)的手性軟光子晶體，不僅能選擇性地反射不同波長(zhǎng)的可見光，還能夠靈敏地響應(yīng)力、熱、電、光、磁等環(huán)境刺激變化，呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)色的動(dòng)態(tài)變化。

封偉團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上，將動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵分子與液晶單體混合，通過溶劑揮發(fā)的方法使液晶單體分子自組裝成周期排列的膽甾相液晶結(jié)構(gòu)，*后通過光照聚合得到一種厚度只有200微米，具有拉伸變色、形狀記憶功能和自**功能的液晶高分子薄膜。當(dāng)前主流的變色材料主要由無機(jī)分子或者可變色的染料分子構(gòu)成，通過有機(jī)高分子構(gòu)筑的變色材料比較少見。

“根據(jù)布拉格反射公式，材料的反射波長(zhǎng)與材料的微觀結(jié)構(gòu)排列周期是正相關(guān)的，光照到材料上時(shí)，只有特定波長(zhǎng)的光能從材料中反射出來形成顏色，這種顏色俗稱結(jié)構(gòu)色。”封偉介紹，與染料的顏色不同，這種結(jié)構(gòu)色會(huì)更加鮮艷、更加穩(wěn)定。

薄膜內(nèi)部的液晶分子是周期排列的。在拉伸薄膜時(shí)，材料內(nèi)部液晶分子的排列周期會(huì)變短，因此會(huì)導(dǎo)致反射出來的顏色發(fā)生變化，這一變色機(jī)理與變色龍皮膚顏色的變化機(jī)理類似，薄膜的結(jié)構(gòu)色可在可見光譜范圍內(nèi)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

引入動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵讓薄膜有記憶能**

團(tuán)隊(duì)還將動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵分子引入液晶高分子中，使得薄膜具有形狀記憶功能和自**功能。

“薄膜還擁有‘記憶編程’的特性，可以被拉伸成螺旋形、波形、圓柱形和更復(fù)雜的二維或三維形狀并保持不變，當(dāng)薄膜加熱到相變溫度以上后，又能恢復(fù)到*初的形狀。”封偉解釋說，這是因?yàn)榧訜峒せ盍藙?dòng)態(tài)共價(jià)鍵發(fā)生鍵交換反應(yīng)，使液晶高分子在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。利用這種特性，他們通過反復(fù)將材料加熱到100℃和冷卻到25℃，讓材料實(shí)現(xiàn)了在三維形狀與二維形狀之間以及不同顏色之間的可逆轉(zhuǎn)換。

此外，因?yàn)樵诟叻肿泳W(wǎng)絡(luò)中加入的動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵，遇到水分子后會(huì)發(fā)生斷裂，水揮發(fā)后，動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵又會(huì)進(jìn)行重組恢復(fù)初始狀態(tài)，這樣薄膜就擁有了自**的能力。

這種薄膜的自愈能力十分驚人，而且自愈后仍然非常結(jié)實(shí)。團(tuán)隊(duì)將薄膜切成兩部分后，在損傷界面滴加水后，室溫下放置24小時(shí)，分開的兩部分會(huì)自動(dòng)**，**后的薄膜被拉伸到原始長(zhǎng)度的180%也不會(huì)斷裂，并能承受自身1000倍的重量。

這項(xiàng)研究為制備兼具力致變色、形狀可編程和高效自**等特性的液晶高分子材料提供了一種既簡(jiǎn)單又通用的方法，有望為開發(fā)仿生變色偽裝材料、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)和軟體機(jī)器人等開辟新的方向。

媲美變色龍皮膚的“超級(jí)材料”用途廣

經(jīng)過幾十年的研究與發(fā)展，智能變色材料的應(yīng)用已經(jīng)拓展到日常生活各個(gè)領(lǐng)域。比如，美國(guó)一家公司曾將熱致變色性涂料用在陶瓷杯上，室溫時(shí)陶瓷杯上的夜景，在倒入熱水后會(huì)變換成日間景象，通過圖案的變化就能知道杯子內(nèi)水的冷熱情況。

“具有結(jié)構(gòu)色的材料已經(jīng)在生活中有廣泛應(yīng)用。”封偉舉例說，在輪胎邊緣加入合適的變色高分子材料能制成智能輪胎，當(dāng)外界溫度或內(nèi)部溫度超過輪胎的正常使用溫度時(shí)，智能輪胎會(huì)變色以示警告；變色高分子材料還可用于制作變色車窗玻璃、變色油漆，尤其是變色車窗是近十幾年發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相研究的重要課題，目前，已有電致變色的調(diào)光玻璃應(yīng)用的報(bào)道，而光致變色和熱致變色的智能車窗玻璃還在進(jìn)一步研制之中。

智能變色材料還可以做成能指示冷熱的智能用品，例如將智能變色涂料鍍膜在木材、金屬、陶瓷等基材上，可做成能指示冷熱用的變色茶杯和嬰兒用的湯勺、奶瓶等。

另外，可變色的圓珠筆油、變色指甲油、變色兒童玩具、熱敏體溫計(jì)等產(chǎn)品都已經(jīng)問世，這些產(chǎn)品極大地豐富了人們的生活。

防偽技術(shù)的研究歷來就是一個(gè)受到普遍關(guān)注的課題，迄今為止，防偽領(lǐng)域所采用的方法多為激光防偽，使用設(shè)備昂貴，造價(jià)高。“而基于智能變色高分子材料的防偽方法具有操作簡(jiǎn)單、識(shí)別方便、成本低等特點(diǎn)，在技術(shù)保密性和防偽有效性等方面都有較大的優(yōu)勢(shì)。”封偉說。

目前，化學(xué)防偽標(biāo)記一般直接印刷在商標(biāo)、標(biāo)簽、封簽或外包裝上，因此制作化學(xué)防偽標(biāo)記的關(guān)鍵是制備防偽印刷油墨，制備這種油墨的變色材料需要耐久性好、成本低，其變色發(fā)生的溫度及變化的顏色要具有可選擇性，因此智能變色材料也是化學(xué)防偽標(biāo)記的優(yōu)選材料。

將智能變色材料涂在織物上還可以做成變色服裝，這種衣服穿在身上，會(huì)隨著季節(jié)不同、地區(qū)不同、溫度不同而呈現(xiàn)出不同的色彩。這種智能變色材料同樣也可以用于桌布、窗簾等各種變色紡織品的生產(chǎn)。

“未來我們計(jì)劃制備出仿變色龍皮膚的變色偽裝材料，使材料的顏色能夠與背景環(huán)境的顏色相匹配，實(shí)現(xiàn)變色偽裝的目的。”封偉說。

此外，很多高分子材料如橡膠、塑料、涂料、纖維等都是重要的工業(yè)材料，每年磨損消耗巨大，而讓這些材料擁有自**的能力，就可以提高它們的使用壽命，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

不僅如此，我們生活中的很多高分子材料如塑料、橡膠等在長(zhǎng)時(shí)間使用后會(huì)破損，如果這些材料能夠自**，那么它們就會(huì)有更長(zhǎng)的使用壽命，有利于減少環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。

“不過目前這種智能變色液晶高分子薄膜還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，沒有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。”封偉介紹，這是因?yàn)樵谥苽浞椒ㄉ犀F(xiàn)在還有很多技術(shù)不成熟，如何**控制液晶單體分子自組裝，實(shí)現(xiàn)大面積、均勻的、明亮的結(jié)構(gòu)色，這些仍是目前面臨的難點(diǎn)。

關(guān)于我們

上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號(hào)灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國(guó)科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。

  卷柔減反射(AR)玻璃的特點(diǎn):高透,膜層無色,膜硬度高,抗老化性強(qiáng)(耐候性強(qiáng)于玻璃),玻璃長(zhǎng)期使用存放不發(fā)霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機(jī)玻璃、節(jié)能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護(hù)玻璃等多行業(yè)。
    我們的愿景：卷柔讓光學(xué)更具價(jià)值！
    我們的使命：有光的地方就有卷柔新技術(shù)！
    我們的目標(biāo)：以高質(zhì)量的產(chǎn)品，優(yōu)惠的價(jià)格,貼心的服務(wù)，為客戶提供優(yōu)良的解決方案。
    上海卷柔科技以現(xiàn)代鍍膜技術(shù)為核心驅(qū)動(dòng)力，通過鍍膜設(shè)備、鍍膜加工、光學(xué)鍍膜產(chǎn)品服務(wù)于客戶，努力為客戶創(chuàng)造新的利潤(rùn)空間和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，為中國(guó)的民族制造業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。