受鱿鱼启发的材料控制光、热和微波的传输 – 物理世界

受鱿鱼启发的材料控制光、热和微波的传输 – 物理世界

时间戳：13年2023月11日上午20:XNUMX

受鱿鱼启发的材料
受鱿鱼启发：这个华丽的场景被弹性材料圆盘覆盖。 左边，压缩材料阻挡了光线。 在右侧，拉伸的材料让光线透过。 （礼貌： ACS纳米/DOI: 10.1021/acsnano.3c01836)

受鱿鱼变色皮肤的启发，中国研究人员设计了一种材料，可以在可见光、红外和微波波长的辐射下在透明和不透明之间切换。 由...领着 徐紫川 南洋理工大学的研究小组通过将银纳米线薄膜喷涂到专门的弹性体双层上来实现这一结果。

鱿鱼以其改变皮肤颜色和图案的非凡能力而闻名。 在自然界中，它们这样做是为了相互交流，并伪装自己以躲避捕食者和猎物。

在某些鱿鱼物种中，这些变化是由特殊的肌肉控制的，这些肌肉会扩张和收缩皮肤，从而使某些部分拉伸和拉紧，而另一些部分则压缩和起皱。 这改变了反射和散射光的特殊细胞的排列，结果是皮肤整体颜色的变化。

在他们的研究中，徐的团队试图通过使用“双层丙烯酸介电弹性体”材料在实验室中模拟这种行为。 当拉伸平坦时，该材料通常对可见光和红外光是透明的，但当压缩时，会出现皱纹，从而改变每个双层的折射率。

机械开关

由于皱纹，入射的可见光和红外波会从弹性体反射和散射，而不是穿过。 换句话说，该材料可以在传输和阻挡可见光和辐射热之间机械地切换。 然而，该材料的最初版本并不擅长阻挡和传输微波，因为微波波长比红外光长得多，因此微波不会受到材料中小皱纹的影响。

为了创造一种也适用于微波的材料，徐的团队在弹性体上喷涂了一层薄薄的银纳米线涂层。 当他们将材料拉伸到开始破裂的程度时，他们发现微波仍然能够直接穿过。 但当材料以 -30% 的应变压缩并起皱，从而压缩纳米线网络时，传入的微波会以与可见光和红外波类似的方式被散射和反射，并被下面的弹性体双层阻挡。

该材料能够在透明和不透明之间机械切换，跨越很宽的光谱窗口：覆盖整个可见光谱、高达 15.5 微米的红外波长和 24.2-36.6 毫米之间的微波波长。 其结构也具有非常强的弹性：能够承受 500 次拉伸和压缩循环，同时在 1 秒内响应这些机械变化。

现在，这种材料已成为越来越多受自然世界启发的技术之一。 徐的团队设想在不久的将来有许多可能的应用，包括隐形和伪装技术的创新。 该材料还可用于新型智能窗户，可以控制穿过窗户的光和热，从而提高建筑物的能源效率。

这种弹性体在医疗设备中也有多种用途，例如心电图机，它使用放置在皮肤上的电极来监测患者的心脏活动。 使用纳米线涂层的双层弹性体，患者的心电图信号可以在日常使用时被阻挡，防止敏感的医疗信息泄露，然后在医生需要监测信号时切换为透明。

该研究描述于 ACS纳米.

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