「光結構」讓水隨環境變化自由變色

2021-01-07 中國科學院
「光結構」讓水隨環境變化自由變色

2016-09-09 科技日報 陳超

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　　日本理化學研究所、東京大學和物質材料研究機構的聯合小組最近開發出一種新型「動態光結構」，通過對水中含有的微量氧化鈦納米片進行數百納米為周期的規整排列，使水在沒有改變成分的情況下可根據環境變化瞬時改變顏色。

　　「光結構」是指材料具有與可見光波長同等周期結構，並根據周期長短選擇性地反射相應波長的光，從而呈現出各種鮮豔的「結構色」。「光結構」對操縱光的提取、封閉和傳播等非常有用，科學家們對此進行了大量研究。但是，獲得「光結構」並非易事，即使利用最新的納米技術也難以製作，因此通常的「光結構」是由無機結晶和有機聚合物等硬質材料構成。

　　在自然界中，有些生物能巧妙地利用流動性物質構成「動態光結構」，比如琉璃雀鯛和霓虹燈魚等魚類，它們可以自由控制體色。而用流動性的人工材料製作「動態光結構」，使材料根據環境變化瞬間變色，卻極其困難，因為秩序性和流動性是一對相反的狀態。

　　此次日本研究人員使用氧化鈦納米片進行「光結構」的開發。氧化鈦納米片厚度為0.75納米，橫幅為數微米，是具有極大軸比的二維無機物質，具有高折射率和磁場定向性等獨特性質。由於納米片帶有較大負電荷，彼此之間具有強靜電排斥力，可以讓納米片在水中分散後形成具有一定間隔的層狀周期結構。但納米片的間隔最大為50納米，難以作為「光結構」利用。為此，研究小組開發出擴大納米片間隔的新方法，讓水中分散的微量氧化鈦納米片以數百納米為周期有規律排列，成功獲得了隨環境變化瞬時變換結構色的「流動性光結構」。

　　該成果對膠體科學、自下而上的納米技術以及超材料的開發具有指導意義。研究論文在線發表於《自然·通信》雜誌上。


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列印 責任編輯：陳丹

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