一种像章鱼一样会伪装的新材料|光学|新型高温超导体|材料|电子束|章鱼|纳米|纹理|金膜

章鱼和乌贼都是伪装高手，它们能够瞬间改变自身皮肤的颜色和纹理。长期以来，科学家一直试图用合成材料实现这种能够迅速改变皮肤的颜色和纹理的能力。

在一项于近期发表在《自然》杂志的研究中，一个研究团队朝着这一目标迈出了重要一步：他们开发出一种新的柔性材料，能够在短短几秒内膨胀成不同的纹理和颜色，并形成分辨率比人类头发还要精细的图样。

如何独立控制颜色与纹理

许多工程材料都能够改变颜色，也有许多材料可以改变形状，但几乎没有材料能够彼此独立地实现这两种变化。

例如，一些人造的变色表面通常采用结构色机制，这意味着颜色来源于微米、纳米级的尺度结构与光的相互作用；还有一些工程材料在受到拉伸时会形成褶皱，从而产生动态纹理。然而，这些光学响应与力学响应通常是彼此相互影响的：一种会改变表面粗糙度的形变，往往也会同时改变反射颜色，使得很难在不干扰另一种性质的情况下调控其中一种性质。

因此，想要实现类似章鱼那样对颜色和纹理进行彼此独立调控的能力，一直是自适应材料设计中的核心挑战。

用电子束制造可逆纹理

为了达成这一目标，在新的研究中，研究人员使用了一种名为PEDOT:PSS的导电聚合物。之所以选择这种材料，是因为它在与水接触时会发生膨胀，而且这种膨胀是可逆的；而当这种材料暴露在其他液体中时，它会释放所吸收的水分并重新收缩。

此外，这种材料的膨胀程度可以通过电子束照射来改变PEDOT:PSS的吸水性，接受低剂量电子束照射的区域会吸收水分并发生膨胀，而受到高剂量照射的区域则保持相对平坦。因此，通过向PEDOT:PSS薄膜照射电子束，研究人员就能调控材料特定区域的膨胀程度。

此前，研究团队使用扫描电子显微镜，来观察他们在PEDOT:PSS薄膜表面制备的纳米结构。通常，这些样品在完成成像后就会被丢弃，但研究人员决定将它们重新利用，而不是重新制备新样品。

而就在随后的一组测试中，那些经过了扫描电子显微镜成像的薄膜区域，表现出了不同的行为，并呈现出不同的颜色。这一偶然的发现让研究人员意识到，可以利用这些电子束在非常精细的尺度上控制表面形貌。

用于调色的光学腔

为了控制薄膜表面的颜色，研究人员还将一层PEDOT:PSS薄膜夹置于两层金膜之间，构建出一种称为光学腔的结构。

当光照射到这一结构上时，一小部分光会透过顶部金层进入腔体，并在两层金属之间多次反射。其中一部分光会再次从顶部表面逸出，并与从顶部金层直接反射的光发生干涉。腔体厚度的不同会使特定波长的光相较于其他波长被更强烈地增强或抑制，从而产生清晰可控的反射颜色。

PEDOT:PSS薄膜在水中发生膨胀，会改变两层金膜之间的距离，从而调节反射颜色。通过将薄膜浸入异丙醇中，可以逆转其在水中的膨胀过程，从而使相应的光学变化恢复原状。

动态可能性

尤为令人振奋的成果是，研究人员制造了一种“光子皮肤”，其颜色和纹理可以彼此独立地加以控制，使其几乎可以像章鱼一样灵活地与背景图样实现伪装。