中国科学院研发新型智能变色材料：仿生变色龙皮肤实现可重写显示

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https://opticsjournal.net/Articles/OJda22fb8b016864af/FullText

近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队陈涛研究员与路伟研究员，受自然界"变色大师"变色龙的启发，成功研发出一种新型智能变色材料。这种材料具有独特的仿生垂直多层结构，能够通过近红外激光触发实现信息的瞬态光写入、自擦除和光重写功能，为解决纸质媒介和电子垃圾带来的环境问题提供了新的解决方案。

变色龙的皮肤颜色和图案可以随着外界环境的变化而改变，这种神奇的能力源于其皮肤内部多种不同色素细胞的垂直排列结构。最上层细胞为黄色素细胞和红色素细胞，中间层为虹细胞，下层为黑色素细胞。在外界刺激下，每层色素细胞会发生不同的聚集和分散行为，从而使变色龙体表颜色发生变化。

研究团队借鉴这一自然现象，设计出具有仿生垂直多层结构的智能变色材料。该材料体系包括作为光热控制层的聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装二维碳纳米管（CNTs）薄膜，以及作为显示层的嵌入式荧光高分子水凝胶层。在水凝胶层中，温敏性内芯荧光水凝胶被限制在非响应性外壳荧光水凝胶中，这种结构设计能够更好地实现稳定、可逆和多色的信息载入。

这种智能变色材料的工作原理基于"光触发-热量产生-荧光输出"的级联过程。近红外激光作为"笔"进行远程书写时，CNTs层首先发生光热转换，并将热量传递给温敏性荧光水凝胶层，诱使体系中内芯水凝胶荧光强度增强，从而改变内芯与外壳层的叠加色，产生明显的颜色变化，实现信息的及时书写。

更令人惊叹的是，这种材料具有自擦除和可重写功能。当移除光源后，温敏性内芯水凝胶会解除分子链内部氢键交联，回到亲水状态使得荧光得以恢复，所书写信息在36秒后完全自擦除并可重新写入新的信息。

除了点对点的信息写入功能，该材料还具备多级层状结构设计，使得光热控制层的CNTs薄膜和荧光水凝胶显示层易于图案化。在近红外激光面光源的投射下，可以显示预先设计的多色图案。通过改变图案化的CNTs膜，可以实现信息的切换显示。此外，通过构建图案化的荧光水凝胶，在面激光的投射下可以实现多彩信息的显示。

这项突破性的研究成果不仅展示了智能变色材料在信息显示领域的巨大潜力，更为解决当前日益严重的纸质媒介和电子垃圾问题提供了新的思路。随着物联网时代的到来，这种兼具远程控制、快速响应、多色和多模式显示功能于一体的智能可重写显示系统，有望在多个领域得到广泛应用，为实现可持续发展的未来开辟了新的道路。

这一创新成果不仅体现了仿生学在材料科学中的重要应用，更为未来新型显示系统的发展奠定了基础。随着技术的进一步完善和应用拓展，这种智能变色材料有望在环保、通信、医疗等多个领域发挥重要作用，为人类社会带来更加便捷和可持续的解决方案。