根据这些特征 , 研究人员制备出一些系列器件 , 它们或具有刺激响应的可调光散射或光屏蔽性能 , 或具有做可任意光雕刻和湿度响应结构色等性能 。
需要指出的是 , 和其他成膜方法相比 , 溅射镀膜技术已经非常成熟 , 几乎无需专业培训即可上手 , 很多实验室都有这类设备(所有扫描电镜实验室基本都有) , 所以具有很强的通用性 。
并且 , 和以往研究不同的是 , 该团队并不需要使用多种材料来实现透光率、反射率和光热响应等性能的调控 ,只需要同一种金属纳米层 , 仅仅需要调控厚度 , 就可实现以上性能 。 制备过程十分简便 , 很容易向其他类似应用上拓展 , 并有助于实现产业化 。
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(来源:PNAS)
具体而言 , 在拉伸和释放回缩的过程中 , 该团队制备的第一种器件可实现透明度的快速变化 , 或对预先刻入的图案进行瞬时显示和隐藏 。
其结构主要为一层小于 9nm 厚的金属纳米涂层薄膜 , 该薄膜牢牢地附在透明的软弹性衬底的上表面、或上下两个表面上 。
在非拉伸状态下 , 金属涂层表面具有平坦光滑的结构 , 因而材料具有很高的透明性 。 而在拉伸状态下 , 金属纳米涂层会形成横向褶皱和纵向裂缝结合的有序结构 , 该结构极大的提高了光散射性能 , 进而使得材料变得不透明 。
第二种器件则利用约为 15.8nm 厚的金属纳米涂层 , 其具有的良好反射性能和光热响应 , 可跟 PDMS 衬底和 PVA 薄膜进行多层杂化 , 获得一个具备结构色的光学器件 。
通过简单加热、再冷却到室温 , 期间薄膜和衬底不同的热膨胀系数可以产生褶皱结构 , 而这种褶皱可被激光在精确的局部释放成平坦结构 。 因此 , 可用激光刻录任意预制的图案在材料表面 。
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图 | 左边是曾嵩山;右边是孙陆逸(来源:孙陆逸)
与此同时 , 该褶皱也可被水汽释放、并因溶胀而产生结构色的变化 , 故具备水汽响应的光学性能 , 而且光刻图案还可被水汽消除 。
第三种器件 , 则是基于较厚的 29.9nm 的金属纳米涂层和含有染料的弹性衬底的杂化结构 。 其中 , 较厚的金属纳米涂层对可见光具有较好的屏蔽性能 , 而在对体系进行拉伸后 , 涂层表面会出现许多微裂缝 , 裂缝宽度会随着拉伸形变的增加而增加 。
这些微裂缝就像一个百叶窗 , 拉伸时好比打开百叶窗 , 回缩时好比关上百叶窗 , 因此拉伸会让衬底的染料颜色得以被观察到 。 而在释放时 , 裂缝闭合则再次可以屏蔽衬底 , 因而此器件具有力致变色的性能 。
结合此性能 , 该团队同时开发出一款手机 App , 可将压力导致器件颜色的变化转化为相应的压强变化 。 此外 , 他们还制备了一种可对紫外光、温度变化、以及拉伸应变响应的多响应显示/隐藏图案器件 。
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(来源:PNAS)
此前已制备出一系列具有新型刺激响应性能的智能材料
过去几年间 , 该团队始终致力于结合仿生设计、材料表面工程与多尺度构筑的策略 , 借此制备出一系列具有新型刺激响应性能的智能材料 。
回顾以往 , 他们先后开发出基于应变可调的裂缝和折痕/褶皱体系 , 制备出一系列基于荧光/透明度变化的动态可调力致变色器件[2][3] , 并将此体系延伸到基于可见光的多响应变色器件[4]和应变响应的热辐射调节器[5] 。
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