5月17日

廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院

侯旭團隊副教授鄭靖

與合作者的科研成果

在國際頂級學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表

成果顯示，研究團隊

開發(fā)了一種像“變色龍”般的

新型活性膠體材料

通過控制光

可以使它呈現(xiàn)變化多端的圖案與色彩

這項新技術(shù)比傳統(tǒng)的變色材料

更加可靠和便利

為活性智能材料的設(shè)計

開辟了新的方向！

在自然界中，章魚、墨魚、魷魚等頭足類動物具有強大的變色偽裝能力——它們可以通過控制肌肉，將皮膚表面下成千上萬的色素顆粒進行重新排布，從而根據(jù)周圍環(huán)境的變化快速調(diào)節(jié)膚色，達到偽裝掩飾的目的。

受到這種自然現(xiàn)象的啟發(fā)，廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院侯旭團隊鄭靖副教授和香港大學(xué)唐晉堯教授合作開發(fā)了一種新型的光致變色活性膠體材料，實現(xiàn)了對多組分非平衡態(tài)體系的多自由度控制和可編程的光響應(yīng)相分離，為彩色電子紙和自供電光學(xué)偽裝提供了一種簡便的方法。

5月17日，這項研究成果以“Photochromism from wavelength-selective colloidal phase segregation”為題在線發(fā)表于Nature。廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院鄭靖副教授為論文第一作者，香港大學(xué)唐晉堯教授為論文通訊作者。侯旭教授對本研究給予大力支持并參與論文討論修改，香港科技大學(xué)李志剛教授、童彭爾教授和香港大學(xué)王宇鋒教授參與文章討論，陳靖遠(yuǎn)博士、靳亞康博士、溫言博士、牧一江博士、吳昌進博士參與了該論文的部分工作。

如變色龍般的智能膠體

在彩色電子紙的應(yīng)用中，帶電顏色粒子可以根據(jù)施加電壓的情況實現(xiàn)不同聚散和分布情況，因而可以用來顯示不同的圖像和文字�；�于此，研究團隊開發(fā)了一種新型活性膠體材料，通過控制光控制膠體粒子的不同聚散形態(tài)，形成多種不同的“相”，并達致宏觀變色的效果。“相”是物質(zhì)在不同狀態(tài)、不同結(jié)構(gòu)下的不同形態(tài)或表現(xiàn)形式。這種膠體可受光的影響，通過控制這些“相”之間的比例和位置，制造出更復(fù)雜的微米級結(jié)構(gòu)。

簡而言之，就是可以運用光學(xué)活性材料呈現(xiàn)出變化多端的圖案與色彩。

活性智能材料的新突破

近年來，光驅(qū)微納米機器人技術(shù)的快速發(fā)展為研發(fā)活性材料提供了良好的環(huán)境。人們可以通過改變?nèi)肷涔獾墓鈴姟⒉ㄩL、偏振等因素而精準(zhǔn)調(diào)節(jié)粒子的速度與運動方向，并透過改變局域化學(xué)梯度場改變粒子間的有效相互作用。這為實現(xiàn)活性粒子的智能化，進而實現(xiàn)群體智能提供了重要的契機。

基于此，研究團隊設(shè)計了一種波長選擇性TiO2活性膠體系統(tǒng)，其中活性膠體粒子用光譜特征染料編碼，形成光致變色膠體群。粒子-粒子的相互作用可以通過結(jié)合不同波長和強度的入射光來靈活調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)可控的膠體聚集和分離，為研究微納粒子的相行為和結(jié)構(gòu)演化動力學(xué)提供了理想的模型。

受自然界中光致變色現(xiàn)象啟發(fā)，研究團隊進一步通過混合青色、品紅和黃色膠體形成動態(tài)光致變色墨水，并在宏觀上實現(xiàn)了光致變色。

這項新技術(shù)比傳統(tǒng)的變色材料更加可靠和便利，為彩色電子紙和自供電光學(xué)偽裝等應(yīng)用提供了一種更加簡便的方法，有助于促進人類對人造活性材料的“群體智能”的理解，并為活性智能材料的設(shè)計開辟新方向。

只有積小步才能成大步

和大多數(shù)重大創(chuàng)新成果的誕生過程一樣，本次成果的取得也不是一日之功：

論文第一作者鄭靖2018年還在香港大學(xué)從事博士后研究之時，就在導(dǎo)師唐晉堯教授的指導(dǎo)和支持下開展相關(guān)的研究工作，直至2022年2月正式加盟廈大化院侯旭團隊，依然在進行補充實驗以及論文修改。

從想法的提出到論文的刊發(fā)，五年的時間里，研究團隊投入了大量的時間和精力在“觀察”和“試錯”上。

粒子運動觀測和圖像拍攝需要借助顯微鏡完成，團隊必須高度專注地觀察不同的實驗條件下圖像細(xì)微的變化。“最難的是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)微小現(xiàn)象后，要及時確認(rèn)實驗結(jié)果和優(yōu)化。錯過任何一個細(xì)節(jié)，結(jié)果都可能謬之千里。”鄭靖說。

從各色的染料到各類的光譜，光強多少？波長多少？光路如何設(shè)計搭建……團隊需要在一次次的定量微量調(diào)節(jié)中，認(rèn)真觀測哪種組合有效果，并進行仔細(xì)篩分，之后通過表界面改性，調(diào)整粒子的光譜吸收，調(diào)整粒子對不同的光的響應(yīng)。為了得到理想的實驗參數(shù)和結(jié)果，團隊日以繼夜奮戰(zhàn)在實驗室，甚至2022年大年初一的時候，團隊還在討論和修改論文。守得云開見月明，在反復(fù)的觀測和試驗中，顯微鏡下的圖像變得越來越清晰。

“對每個科研人來說，做研究沒有捷徑，只有積小步才能成大步，奮斗這條路上沒有終點。”鄭靖說。