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同樹葉一樣變色 新材料帶來新希望
2023年11月16日 10:42:55
來源：化工儀器網 作者：小王 點擊量：7605
天氣漸涼，姍姍來遲的秋的氣息逐漸將樹葉“染”色，伴隨著飄落的黃葉與紅葉城市霎時間裹上了新的色彩。但在景色的背后，樹葉變色的秘密卻是科學界經久不衰的話題，甚至涉及到了一個材料學的“經典課題”。
【化工儀器網 行業百態】天氣漸涼，姍姍來遲的秋的氣息逐漸將樹葉“染”色，伴隨著飄落的黃葉與紅葉城市霎時間裹上了新的色彩。但在景色的背后，樹葉變色的秘密卻是科學界經久不衰的話題，甚至涉及到了一個材料學的“經典課題”。
自然界中植物葉片的顏色變化，其實和我們熟悉的一個物質有關，這個物質便是葉綠素。事實上在高中課本中也提到，葉片之所以是綠色，是因為其中的葉綠素掩蓋了其他顏色。當秋冬來臨，葉綠素被外界環境分解，胡蘿卜素等其他色素的顏色便凸顯出來，葉片自然而然的也就變成了黃色和紅色。
但是這種看似簡單的變色原理，背后卻是植物葉片具有獨特的太陽光譜反射特征，并且由于葉片在顏色改變的過程中光譜特征會發生變化，因此工程領域很難用一種材料來模仿樹葉所具備的特殊光譜以及奇特的變色原理。
但就在最近，中國科技大學工程科學學院團隊卻獲得突破，基于仿生思想研制出了一種可以像樹葉般變色，并且兩種色態下均能復現植物葉片的太陽光譜反射特征的新型高光譜變色材料。
據悉，團隊通過將熱致變色微膠囊顏料與鈦鉻黃顏料復合，利用溶液鑄膜法制備了以聚乙烯醇為基材的變色仿生材料。這種仿生材料能夠對溫度變化做出反應，從而改變自身的顏色。而在戶外環境中，兩種色態都是可以穩定存在的。
與此同時是，在該成果的基礎上，研究團隊對模型中的顏色顆粒配比進行了進一步的深入。該團隊通過發展顆粒系輻射傳輸模型設計材料中的顏料顆粒配比使其模仿葉肉細胞中細胞堆疊結構對入射輻射的散射過程，從而形成與真實葉片一致的近紅外高反射特征。不僅如此，研究團隊還通過使用具有親水特性的基材使其能夠吸收空氣中的水汽。至此，這種新型材料不但可以像葉片一樣用顏色回應對溫度的感知，還具備了通過環境中水分調節自身的能力，可以展現出天然葉片幾乎一致的紅外特征。
考慮到在很長一段時間，葉片仿生都是一個重要課題，該成果如果能夠實現產業化、商品化，或許可以在工程領域引起不小的轟動，在建筑降溫、光伏發電等熱門產業創造出新的可能。
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