【智能液晶高分子薄膜会变色、有记忆、能自愈】科技日报:前主流的变色材料主要由无机分子或者可变色的染料分子构成。天津大学封伟教授团队用高分子制备出一种厚度只有200微米,具有变色、记忆和自愈合功能的智能变色液晶高分子薄膜,这种薄膜在多个领域展现出应用前景。

新买的包包可以随意变换颜色,不小心刮破的衣服能像皮肤一样愈合……这些似乎只在科幻电影里出现过的场景,如今已逐渐成为现实。

日前,天津大学封伟教授团队成功研发了一种新型智能材料——智能变色液晶高分子薄膜(以下简称薄膜)。这种新材料不仅能变色,还有形状记忆和自愈合功能。相关研究被选为封面文章刊发在国际期刊《德国应用化学》上。

通过液晶分子周期排列实现材料变色

在神奇的自然界中,许多生物经过亿万年的自然选择和进化,逐渐演变出自适应变色伪装能力,以便能随时躲避天敌。

比如变色龙就能够通过主动控制细胞层内部的纳米晶体排列结构,根据周围环境实现自身颜色的变化,达到与背景颜色匹配的目的。

研究发现,变色龙处于平静状态时,其细胞层内部的纳米晶体的排列是紧密的,可以特异性地反射短波长的可见光;而面临紧急情况时,变色龙就会通过机械力作用,主动控制晶体的疏密程度,使晶体的排列变得更加松散,选择性反射波长更长的光。

“这些生物体独特的表皮微纳光学结构及其自主动态变色的机制,为我们开发新型仿生智能变色材料提供了丰富的灵感。”天津大学材料学院高分子系教授封伟说。

近年来,国内外研究团队在仿生变色龙的智能变色材料方面取得了一系列重要进展。胆甾相液晶等手性液晶材料是一类具有周期性螺旋超结构的手性软光子晶体,不仅能选择性地反射不同波长的可见光,还能够灵敏地响应力、热、电、光、磁等环境刺激变化,呈现出结构色的动态变化。

封伟团队在此基础上,将动态共价键分子与液晶单体混合,通过溶剂挥发的方法使液晶单体分子自组装成周期排列的胆甾相液晶结构,最后通过光照聚合得到一种厚度只有200微米,具有拉伸变色、形状记忆功能和自愈合功能的液晶高分子薄膜。当前主流的变色材料主要由无机分子或者可变色的染料分子构成,通过有机高分子构筑的变色材料比较少见。

“根据布拉格反射公式,材料的反射波长与材料的微观结构排列周期是正相关的,光照到材料上时,只有特定波长的光能从材料中反射出来形成颜色,这种颜色俗称结构色。”封伟介绍,与染料的颜色不同,这种结构色会更加鲜艳、更加稳定。

薄膜内部的液晶分子是周期排列的。在拉伸薄膜时,材料内部液晶分子的排列周期会变短,因此会导致反射出来的颜色发生变化,这一变色机理与变色龙皮肤颜色的变化机理类似,薄膜的结构色可在可见光谱范围内进行动态调节。

引入动态共价键让薄膜有记忆能愈合

团队还将动态共价键分子引入液晶高分子中,使得薄膜具有形状记忆功能和自愈合功能。

“薄膜还拥有‘记忆编程’的特性,可以被拉伸成螺旋形、波形、圆柱形和更复杂的二维或三维形状并保持不变,当薄膜加热到相变温度以上后,又能恢复到最初的形状。”封伟解释说,这是因为加热激活了动态共价键发生键交换反应,使液晶高分子在网状结构内部形成新的拓扑结构。利用这种特性,他们通过反复将材料加热到100℃和冷却到25℃,让材料实现了在三维形状与二维形状之间以及不同颜色之间的可逆转换。

此外,因为在高分子网络中加入的动态共价键,遇到水分子后会发生断裂,水挥发后,动态共价键又会进行重组恢复初始状态,这样薄膜就拥有了自愈合的能力。

这种薄膜的自愈能力十分惊人,而且自愈后仍然非常结实。团队将薄膜切成两部分后,在损伤界面滴加水后,室温下放置24小时,分开的两部分会自动愈合,愈合后的薄膜被拉伸到原始长度的180%也不会断裂,并能承受自身1000倍的重量。

这项研究为制备兼具力致变色、形状可编程和高效自愈合等特性的液晶高分子材料提供了一种既简单又通用的方法,有望为开发仿生变色伪装材料、自适应光学系统和软体机器人等开辟新的方向。

媲美变色龙皮肤的“超级材料”用途广

经过几十年的研究与发展,智能变色材料的应用已经拓展到日常生活各个领域。比如,美国一家公司曾将热致变色性涂料用在陶瓷杯上,室温时陶瓷杯上的夜景,在倒入热水后会变换成日间景象,通过图案的变化就能知道杯子内水的冷热情况。

“具有结构色的材料已经在生活中有广泛应用。”封伟举例说,在轮胎边缘加入合适的变色高分子材料能制成智能轮胎,当外界温度或内部温度超过轮胎的正常使用温度时,智能轮胎会变色以示警告;变色高分子材料还可用于制作变色车窗玻璃、变色油漆,尤其是变色车窗是近十几年发达国家竞相研究的重要课题,目前,已有电致变色的调光玻璃应用的报道,而光致变色和热致变色的智能车窗玻璃还在进一步研制之中。

智能变色材料还可以做成能指示冷热的智能用品,例如将智能变色涂料镀膜在木材、金属、陶瓷等基材上,可做成能指示冷热用的变色茶杯和婴儿用的汤勺、奶瓶等。

另外,可变色的圆珠笔油、变色指甲油、变色儿童玩具、热敏体温计等产品都已经问世,这些产品极大地丰富了人们的生活。

防伪技术的研究历来就是一个受到普遍关注的课题,迄今为止,防伪领域所采用的方法多为激光防伪,使用设备昂贵,造价高。“而基于智能变色高分子材料的防伪方法具有操作简单、识别方便、成本低等特点,在技术保密性和防伪有效性等方面都有较大的优势。”封伟说。

目前,化学防伪标记一般直接印刷在商标、标签、封签或外包装上,因此制作化学防伪标记的关键是制备防伪印刷油墨,制备这种油墨的变色材料需要耐久性好、成本低,其变色发生的温度及变化的颜色要具有可选择性,因此智能变色材料也是化学防伪标记的首选材料。

将智能变色材料涂在织物上还可以做成变色服装,这种衣服穿在身上,会随着季节不同、地区不同、温度不同而呈现出不同的色彩。这种智能变色材料同样也可以用于桌布、窗帘等各种变色纺织品的生产。

“未来我们计划制备出仿变色龙皮肤的变色伪装材料,使材料的颜色能够与背景环境的颜色相匹配,实现变色伪装的目的。”封伟说。

此外,很多高分子材料如橡胶、塑料、涂料、纤维等都是重要的工业材料,每年磨损消耗巨大,而让这些材料拥有自愈合的能力,就可以提高它们的使用寿命,从而产生巨大的经济和社会效益。

不仅如此,我们生活中的很多高分子材料如塑料、橡胶等在长时间使用后会破损,如果这些材料能够自愈合,那么它们就会有更长的使用寿命,有利于减少环境污染和资源浪费。

“不过目前这种智能变色液晶高分子薄膜还处于实验室研究阶段,没有实现工业化生产。”封伟介绍,这是因为在制备方法上现在还有很多技术不成熟,如何精确控制液晶单体分子自组装,实现大面积、均匀的、明亮的结构色,这些仍是目前面临的难点。

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普天下所有百姓近日敬香上天祈求苍天全力以赴再次全球追杀武汉诈骗犯罪团伙!!!苍天有眼,苍天在看!人在做天在看!苍天警告武汉骗子张丽红、叶光杰(fxg)、胡扬为首武汉诈骗犯罪团伙所有诈骗犯罪分子!无论你如何隐瞒伪装,只要是做了伤天害理的事,无论逃跑在哪?在黑龙江?在云南?在湖南?在湖北?还是跑路去了国外,都跑不出苍天的眼睛!近日又有三名金融诈骗团伙被当场执行死刑,立刻执行!恶性跑路,欠钱不还,全国范围内发布通缉令,彻查诈骗犯的亲朋好友,包庇者也将受到法律的制裁,全力缉拿归案,插翅难逃!唯有配合警方调查,主动返回受害群众的血汗钱才是唯一救赎的机会!跑路,失联。不还钱!面对法律的正义裁决,不还钱只有牢底坐穿和判处死刑!这就是恶贯满盈的诈骗分子应有的下场!今天武汉骗子张丽红,胡杨,叶广杰等所有诈骗犯罪分子及其家族的下场就是下地狱!苍天已经严惩武汉诈骗犯罪团伙!这次我们所有人看完后一定要转发出去,要让骗子们也能看到,让他们好好看看这就是骗钱不还的下场!转发再转发,越多人知道就越我们有利,就能帮到自己和他人追回被骗的钱!祈求苍天全力全球追杀武汉骗子!!!

陳景祥:強檢舉棋不定 「合法欠租」虛招
本想寫《財政預算案》,但見到周一公布本地染疫個案高達3.4萬多宗,且疫情沒有緩和跡象,相比之下,其他議題已成次要;當務之急,是必須以雷霆手段,盡快遏止疫情擴散。

第5波疫情由1月中旬開始惡化,2月出現大爆發,2月9日首次破千宗(1161),政府專家梁卓偉教授在2月10日已預警,到3月中個案會大增,他估計每日感染人數可能多達約2.8萬。結果教授的推算原來太保守,不用到3月中,2月27日已錄得26026宗,到2月28日更高達34466宗,公立醫療系統瀕臨崩潰!專家警告在先,但到底過去近兩個月時間,政府做過什麼?

投票以分區為基礎 強檢何不按此行事?
疫情阻遏不了,情况反而急轉直下,確診數字飈升令人觸目驚心。政府表示要做全民強檢,但到執筆之時仍沒有何時開檢的確實日期;有報道指會在3月17日之後,即仍要等兩個多星期,這段時間內新增的染疫個案會有多少?屆時全民檢測找到的感染個案可能多達幾十萬,政府還有什麼地方把他們隔離?

政府曾透露檢測期長達3個星期,效率低得驚人。內地標準是500萬以上人口的城市,全員核酸檢測3天內要完成;香港在內地支援下,700多萬人應該5至7天就可以完成。最引起非議的是以身分證號碼作為強檢安排的次序,令人莫名其妙。香港投票以分區為基礎,出示身分證是為了核實身分及記錄已經投票,為何強檢不以此為基礎,按我們熟悉的方法去做?

事實上,現在圍封強檢已積累了大量經驗,全民檢測應該是圍封強檢的「加強版」,全港以分區為檢測單位,限定時間內(例如6天)完成,陰性者可以離開。這些流程操作,政府一向優為之,但這次全民強檢計劃卻翻來覆去,具體細節遲遲都未能敲定,過去的高效和專業「突然失蹤」,到底是何原因?

延租只把問題推遲 商戶說減租更實際
疫情令工商百業凋零,今年預算案「亮點」之一,是財政司長陳茂波破天荒提出以立法方式,禁止業主對經營指定行業的租戶追討欠租,為期3個月,可延長,最長半年。此議本是為了協助企業渡過目前難關,但預算案公布後有若干家連鎖食肆、零售商等宣布暫停營業或縮減服務。它們分店多,跟業主在租務上應有議價能力,而政府不惜以立例禁止業主追租,這些大集團理應可鬆一口氣,放心經營,但它們卻選擇暫時停業或縮減服務,原因相信是經營困難(生意大跌又怕員工染疫),令它們無法撐下去。

事實上,大集團和小商戶接受媒體訪問時,都對財爺的建議反應冷淡,因為幫助非常有限。他們都認為延期交租只是把問題推遲解決,財政壓力仍在;他們都認為減租更實際。業主「無良」,政府介入本應無可厚非,但理論上受惠的經營者卻並不領情,是否反映財爺摸不準商界實際困難,以致措施「不到位」,只是一記虛招?「合法欠租」的建議尚待草擬法例,然後交議會通過,遠水救不了近火,商舖寧願選擇暫停經營甚至結業!

行政長官競選在即 冀認真討論UBI
本地疫情反覆,限聚令時鬆時緊,經營者「今日唔知明日事」,根本無法正常營運。前景不明是營商大忌,現在疫情失控、確診個案急升,香港其實已陷入一場疫症危機,但政府似乎束手無策,社會正瀰漫一片焦慮不安情緒,民眾只能以不斷囤積食物和日用品「自救」。

疫情嚴峻,政府收緊限聚令,多個行業受打擊,各政黨在諮詢期已要求財爺再次「派糖」。陳茂波司長也從善如流,在今年預算案宣布向合資格的18 歲或以上市民發放1萬元電子消費券。這是陳茂波任內第3次派錢──第一次是2020年的現金發放計劃,向年滿18歲的港人每人派1萬元;去年則減半,改派5000元電子消費券代替現金;今年是第3次。

有評論提出,特區政府是否會把派錢「常規化」,效法澳門,成為每年一度的惠民措施?也有學者批評政府抗疫不力,財爺派錢是否想作為「掩口費」,紓緩市民不滿情緒?不管哪個原因,今時今日特區政府派錢是合適且對民眾直接有利的善政,而派錢跟我早前在《明報》觀點版討論過、有北歐小國開始實驗的全民基本收入(Universal Basic Income, UBI)類近。下屆行政長官競選即將舉行,我期待候選人會認真討論UBI這一概念。

政治貴乎適時應變 全民派錢有積極處
周永新教授在他的《明報》文章中,認為今年派錢只是應對Omicron對市民生活的殺傷力,是因時制宜的變通做法,不代表政府改變理財哲學(註1)。周教授的觀察是對的,我相信特區政府的思維沒有變;相比之下,澳門在「全民共享」理念上比香港更前衛。

澳門政府在2008年開始推出「現金分享計劃」(Wealth Partaking Scheme),至今已是連續第15年派錢,所有持有效或可續期澳門身分證的居民,都可獲發年度現金。至於派發金額,2008年為5000元(澳門元,以每名永久居民計,下同),其後金額不同,2014至2018年,每年派9000元;2019年起,每年派1萬元。

不少批評認為,澳門自回歸後開放賭權,政府庫房「水浸」,但社會民生建設卻停滯不前,貧富懸殊十分嚴重,政府於是以派錢方式「紓解民困」,也希望能紓緩民怨。

社會表面上經濟不斷增長,但基層勞工卻分享不到經濟成果,政府可以做什麼?通常的招數都是加稅、增加福利,由政府介入進行財富再分配。以香港情况來說,社會愈來愈富裕,但窮人數目卻不斷增加,不少建議認為政府應調高利得稅率,但多年來都未見行動(反對者指增加利得稅可能導致香港吸引外資的競爭力下降)。

很多「均富」措施都難以推行,唯有派錢是最直接、最簡單,也最令普羅大眾受惠的做法。澳門派錢名之為「現金分享」,正是有「均富」意味。

陳茂波司長在上任之初,對全民派錢的做法是不以為然的,他認為「錢要用得其所,解決深層次問題」;在2018 年公布預算案前夕,他接受電台訪問時說不認同澳門政府的派錢方式,指當年香港盈餘高,但「運用時不能夠短視,不能為取悅社會一部分人,『就大力做一些短期所謂派糖措施』」(註2)。

香港第一次全民派錢是在2011年,時任財爺曾俊華原計劃是向18歲及以上港人派6000元,注入強積金戶口,但遭各政黨猛烈批評,認為應派現金,最後政府俯從民意。

派錢的道理絕不複雜,只是還富於民,預算案發現收多了,就把盈餘一部分退回給民眾,其實十分公道。官僚思維,庫房坐擁大量盈餘,就可開展各項「鴻圖大計」,成就政府的「政績工程」!全民派錢是把主動權交還給民眾,由人民自主支配──而民眾雖然收了錢,卻不一定會多謝政府!兩者相比,當官的自然希望把錢留在庫房。

陳茂波司長雖然不贊成派糖,但他任內派了3次,坊間卻認為這是他任內最大「政績」,其實相當諷刺!

政治貴乎適時應變、因時制宜,正如UBI,一直以來被視為極端「異見」,但這幾年勞工階層的困窘境况,終於令人明白全民派錢其實也有積極實際的作用。

文章只屬作者觀點,不代表本網立場。

文章原刊於《明報》


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