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美國麻省理工學院開發出一種新型凝膠結構，它能對周圍環境，如溫度、壓力、鹽度和濕度等作出響應，從而快速地改變顏色。專家稱這是一種使光子材料的光學特性可隨時進行廣泛調節的巧妙且簡易的方法。相關論文發表在近期出版的《自然•材料》雜志網絡版上。 為了找到顏色可調的新型材料，研究人員自組裝共聚物薄膜，該薄膜由聚苯乙烯和聚乙烯嘧啶（P2VP）兩種材料交疊而成。這些層的厚度和折射率決定了哪些光能夠被凝膠反射。研究人員發現，在保持聚苯乙烯層的厚度不變，改變聚乙烯嘧啶層厚度的情況下，施以一定的外部刺激(比如pH值和鹽度)，可導致凝膠的顏色在幾分之一秒內發生變化。 研究人員發現，控制P2VP層厚度的關鍵是讓每層P2VP中的氮元素帶上一個正電荷，形成一條聚合電解質鏈，在水中它能膨脹10倍以上。如果沿著該電解質鏈的電荷被另外的電荷屏蔽，譬如給滲透到凝膠的水中添加高濃度的鹽離子，該電解質鏈就會被破壞，成為一個無序纏繞的球團。當鹽離子被沖走時，這個正電荷再度和其他電荷相互發生排斥導致鏈被延長，引起每個P2VP層的膨脹，從而使材料反應出不同的顏色。 因為這種二嵌段聚合物薄膜是一維周期性的，因此膨脹只限于在一個維度發生，從而產生的顏色變化可達反射光波長的5.75倍。這和原先三維晶格導電膠產生的顏色變化相比有了巨大的改善。三維擴展的凝膠產生的顏色變化范圍要小得多。 研究也證實，這種新型的凝膠對壓力、濕度和溫度等都十分敏感。使用機械力和化學力可獲得相當大的響應，顏色的變化范圍可涵蓋從紫外光到紅外光的整個光譜范圍。目前，研究人員正在就凝膠對電壓響應產生的顏色變化進行科學試驗。 這項新型凝膠可用作廉價、快速的化學反應器。譬如，在食品加工廠，這種凝膠可作為環境感應器，用于檢測過分暴露于濕氣中的食品是否必須保持干燥。 |
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