电子科大王东升/郑永豪课题组 Science子刊：自适应光致变色

2024-11-08 来源：高分子科技

伪装，也称为“拟态”或“保护色”，是指生物为了在自然环境中隐蔽自己、逃避天敌或捕食猎物而采取的一系列适应性行为和生理特征。一些具有主动伪装能力的生物（例如，变色龙，章鱼）表现出随着环境变化而变化的外观。然而，人造的主动伪装系统往往需要依赖复杂的电子设备，这不仅增加了系统的复杂性，还可能导致可用性降低和成本上升。在本项研究中，作者提出了自适应光致变色（SAP）概念，使得材料能够在黑暗中保持黑色，并在环境光线的作用下自动变换为相应的颜色。这一发现为开发无需外部能源的主动伪装技术开辟了新的道路，并提供了创新的解决方案。

近日，电子科技大学光电科学与工程学院王东升/郑永豪团队在全球顶级学术期刊《Science Advances》发表了题为《Self-adaptive photochromism》的最新科研进展。电子科技大学为第一完成单位，王东升教授、韦晨教授和郑永豪教授为该论文的共同通讯作者，博士研究生孙梵熙为该论文的第一作者，硕士研究生高昂、晏博赟、张静副教授、汪相如教授、博士研究生张汉君、戴大程以及邓旭教授为该论文共同作者。

图1. 自适应光致变色（SAP）的原理与设计

该项研究首次提出了自适应光致变色概念（self-adaptive photochromism, SAP），即材料的颜色可随环境切换而相应变化，并与环境始终保持一致。材料可以根据环境颜色来改变自身颜色来融入其中。在黑暗中，材料在整个可见光区域显示出均匀的吸收带，对应于黑色（图1B）。在特定波长的光照射下，对应波长的吸光度降低，从而在吸收谱中产生一个缺口（图1B），使得SAP材料的颜色切换，以匹配入射光的颜色。SAP的实现需要满足以下要求：（1）光致变色分子需具备T型（热可逆型）负光致变色性质；（2）在可见光区域显示出窄且可调的吸收带。

图2. SAP材料的制备方案研究，在黑暗条件下需维持准确的黑色，在不同光照条件下表现出相应的准确的颜色

作者对SAP材料在光照射下的颜色表达准确性进行了模拟。在CIE 1931颜色空间中，虚线代表入射光的颜色。光照射使得SAP材料颜色逐渐向其触发光颜色虚线移动，意味着材料颜色逐渐趋向于入射光颜色。

图3. 自适应光致变色（SAP）液体的主动伪装

在实际应用中，SAP材料被放置在红色（仙客来）、绿色（绿萝）和黄色（银杏）的植物丛和不同颜色的亚克力盒子中。植物从和亚克力盒子中的反射、透射的光线诱导了SAP材料的光致变色和伪装（图3D和E）。此外，SAP材料能够模仿周围不同颜色的图案，这大大增加了其在实际应用中的吸引力。SAP溶液被注入一个细长的透明管中，该管被红色、绿色和黄色便利贴覆盖（图3F）。SAP溶液在被放置在间隔颜色便利贴下时，逐渐从黑色切换到多色，具备在复杂环境中的主动伪装能力（图3F）。

图4. 自适应光致变色（SAP）薄膜与固体

SAP溶液可以通过喷涂的方式涂覆在ABS塑料人型表面（图4B）。随后，使用660、520和590 nm的光照射来触发SAP涂层的光致变色。人像在光照射20至80 s后变为红色、绿色和黄色（图4C）。此外，在通过掩模喷涂法，作者在不同材料表面记录了“UESTC”字样（电子科技大学）（图4D）。其中“UE”和“TC”分别被绿色和红色光照射后依次变为绿色和红色。“S”同时被绿色和红色光照射，变为黄色。

SAP材料在伪装、智能涂层和显示设备中的应用显示出巨大的潜力。这项工作报道了SAP作为材料的一种独特固有属性，为无源伪装和防伪技术提供了新的思路。该论文受到国家自然科学基金委(2237502、62375041和52203134)和四川省科技厅(2023ZYD0037、2024YFHZ0307和2024NSFSC0249)等项目的大力支持。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads2217

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（责任编辑：xu）

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