自然界中變色龍會隨著周遭的環境而改變身體的顏色,生活中行動電話也會因光與角度的關係而有不同外觀顏色,包括人在忿怒和緊張時,也會在臉上有不同程度的潮紅現象,而上述現象都屬被動式變色機制。由蜜拉喬娃維基主演的科幻動作片「紫光任務」,近來正在臺灣上映中,片中除了主角酷炫的動作外,最令人驚奇的在於其超現實的服裝,可以隨時的變化顏色。
現實中「智能型感電變色織物」也正在進行研發中。根據紡織所ITIS計劃研究顯示,目前日常生活中,最常使用的變色組件基材為玻璃,這應和玻璃已被大家廣泛使用於人類的生活以及導電玻璃已是成熟的產品有關。目前常用的變色機制約有下列五種:
1.電致變色(Electrochromic)
在學術領域電致變色最為熟知的化合物為聚苯胺導電高分子,2000年諾貝爾化學獎得主白川英樹就是以此獲獎。聚苯胺在不同電壓下可顯示透明、黃、綠、藍和黑等顏色。
2.電場引起的變色
電場變色產品早已散布在生活中,液晶顯示器就是該技術的著名應用,透過電場控制液晶的轉向而進行明暗度的調整,再加上彩色濾光片,會讓窗戶也會透進不同的光線到室內。
3.光致變色
光致變色在15年前就有眼鏡商推出相類似產品,該種眼鏡在室內低光時呈現透明無色,但在陽光下呈現深色而近似太陽眼鏡,優點是不用施加任何能源,缺點是被動變色,無法自由調控。
4.熱致變色
將透明塑膠袋拉扯常會變成乳白色,這是因為經過拉扯後,高分子結晶度發生變化所致,而熱也會使很多高分子發生結晶度的變化而產生變色,但選用的高分子而好選用快速回復原來結晶度的種類。
5.可逆化學反應變色
在化學中因可逆變化而產生顏色變化的標準範例就是二氧化氮和四氧化二氮,在密死循環境下可藉由溫度和體積變化而使壓力產生改變進而影響二氧化氮和四氧化二氮的比例,其中二氧化氮為紅棕色氣體,而四氧化二氮為無色氣體,所以二氧化氮和四氧化二氮的比值不同,外觀顏色也就不同,此一現象就可用來做為變色的機制,只是選用的氣體需為無毒性,才不影響使用的意願。
目前在紡織領域已有被動式的變色纖維「感光變色紗線」,其利用太陽光或UV光來變換顏色,感光紗線經陽光紫外線照射,吸收陽光或紫外光線之能量而產生顏色變化,當失去光源照射時,在數秒內就會回復原來顏色,目前主要是應用於防偽和舞會造型服裝上。
根據紡織所ITIS計劃研究顯示,當前最新開發的智能型變色織物是「智能型感電變色織物」,其主靠是藉由電場或電流的刺激,使得衣服的顏色可以隨心所欲的變化。電變色原理與LED(發光二極體)相同,透過電子與電洞的結合,過多的能量會以光的形式釋出,達到發光的效果,此屬於冷性發光。其組件構造是由基材、導電層、發光層及透明導電層所組合而成。所用的發光材料其發射團均相同,但是不會有太高的亮度,由於基材是纖維或織物,其特性是柔軟且可彎曲。一般顯示器所用的ITO透明導電層則無法適用,需要其它高導電度的透明導電層,現在傾向使用導電性高分子,常用的有PANI(聚苯胺)或PEDOT(poly-3,4-ethylene-dioxythiophene)。
智能型感電變色織物的製造方法,一般常用塗布或是貼合。因其中的發射團易受氧氣與水分解,因此需要穩定發色團或較好的封裝,常用微膠囊加工。「智能型感電變色材料」可直接使用在纖維或是先製成薄膜,再貼合於織物上。
智能型感電變色織物,預期在未來將大量的運用在軍用的偽裝服上。未來在戰場上,士兵們可針對不同的環境自由地調整服裝的顏色,使敵人難以辨識。其概念與變色龍偽裝類似,利用環境顏色監控的偵測器結合電變色織物,隨著顏色偵測器所得之數據,透過纖維傳送視覺信息可立即改變衣服的顏色、光線和圖案,達到自動控制的目標,實現服裝顏色的自動變化。美國麻薩諸塞州的「陸軍研究中心」正在加速研發,預計在2010年能裝配於戰士的衣著上。
除了用於偽裝服之外,變色織物也可用於變化不同圖案的掛布或畫布上,如果亮度足夠亦可成為布型的顯示器。目前的課題為可繞式透明導電層的導電度不高和透明度不佳和發色團的穩定性不足等,如果這些問題能一一克服,未來可預期智能型感電變色織物將帶來可觀的商機。