新型拉致变色薄膜 像变色龙般改变颜色
更新日期：2015-04-01 
图来源：sciencemag.org
耶鲁大学学者发现，在不改变材料化学组成的情况下，只改变材料微小晶体的晶格可以使材料颜色发生改变。以此研究人员研制出拉致变色薄膜，可用于变色传感器。
材料学家经常会从大自然中寻求灵感，但是发明赶上生物学的发现通常会花费一段时间。3月初，瑞士科学家揭露：变色龙是通过扩大它们皮肤下微小晶体的晶格来改变颜色的。现在加利福尼亚的研究者报道他们已经制造出了一种薄膜——当施加拉力时薄膜就会变色。这种薄膜可以用来制作变色传感器，这样工程师们就可以监测有潜在危险的桥梁或机翼的结构变化。
“这两项研究表明大自然和技术人员经常集中于用同样的办法去解决他们所面临的挑战，”Richard Prum（耶鲁大学研究动物如何变色的鸟类学家）说道，“这种新型薄膜在科技上拥有广阔的发展前景，这也说明了研究生物的价值。”
我们通常看到的青草、鲜花、颜料和织物的颜色是白色广谱光线照射到他们表面产生的。每种表面独特的化学成分会吸收不同波段或波长的光。那些没有被吸收的光会被反射回来，反射短波长的表面会有种蓝色调，反射长波长的物体表面会发红，彩虹或许是反射了蓝光和红光之间的所有波段的光。改变物体表面的颜色，例如改变秋天树上树叶的颜色，需要改变它们的化学组成。
但是那并不是变色龙变色的方式。变色龙不是通过改变他们皮肤中吸光色素的化学组成来变色的，而是通过改变皮肤中嵌入物质的反射光线的方式来实现变色的。在这种情况下,爬行动物皮肤的表面有一层细胞称为色素细胞。这些细胞含有由鸟嘌呤（DNA的重要组成成分）组成的球形微晶。微晶排列在一个规则的三维晶格中，就像水果店中摆放的橙子。这样的排列方式使它们能够强烈地反射一组波长的光，进而使它们显示出颜色，例如绿色。但是3月10日在《自然·通讯》杂志的一篇文章中（Nat. Commun., 2015, DOI: 10.1038/ncomms7368），由瑞士日内瓦大学的基因学家Michel Milinkovitch带领的研究团队报道了变色龙之所以能够快速变色是因为它们改变了色素细胞中的盐平衡。这会导致细胞吸水肿胀，增大微晶之间的距离，进而导致微晶阵列反射长波长的光，例如黄色。
近日，由加州大学伯克利分校的电气工程师ConnieChang-Hasnain带领的研究团队在OSA的《Optica》杂志上报道了他们用一种相似的方法制作出了能从绿色变为橙色的塑料薄膜（Optica, 2015, 2(3), 255-258）。为了制作这种薄膜，他们在一个很薄的硅片薄膜上刻蚀出一个1 cm2 的微孔阵列，每个微孔的直径都小于可见光的波长。然后，他们把硅片阵列嵌入到一张柔性的塑料薄膜中。接着弯曲、对折或者拉伸这种薄膜，由于形变使得微孔之间的空间距离发生变化，薄膜产生了绚丽的颜色。这种薄膜可以反射照射在它表面83%的光线。
这预示着未来的潜在应用。Prum表示这种薄膜有可能应用于一种全新能效等级的全彩电子书或其他电子器件。传统的背光彩色显示器例如iPad和Kindle都很费电，这是因为传统的显示器是靠电力驱动的原理来使显示器显示特定的色彩。然而，利用微小动作来操纵颜色的显示器可能就不需要持续的电力输入，这使得显示器拥有更长的续航能力。同样利用这种材料的变色能力可以制作新奇的传感器来展示桥梁、建筑甚至机翼的结构变化。通过这些应用方式，我们可以通过简单地观测传感器由绿色变为橙色来预示危险的磨损和撕裂，甚至可能拯救生命。
英文原文：New film changes colors when you stretch it, Science, 2015, DOI: 10.1126/science.aab0306。