受生物启发的变色材料可让受损货物自行发出警告

受生物启发的变色材料可让受损货物自行发出警告新型传感器由瑞士Empa研究所的科学家开发，由GustavNyström博士领导。该技术的核心是一种被称为羟丙基纤维素（HPC）的物质，它已经被用作药品和食品等活性成分的载体。HPC与水混合时形成液晶。由于这些晶体的微观结构，它们只反射可见光光谱的某些波长，导致它们在被人眼看到时显示为这些颜色，外表鲜艳的蝴蝶翅膀自然也利用了同样的原理。只需改变液晶的温度，就有可能改变其"结构颜色"。考虑到这一事实，Empa的科学家在HPC/水的混合物中加入了少量的碳纳米管，提高了其导电性。因此，当对该材料施加电压时，其温度上升，晶体相应地改变颜色。科学家们制作的变色数字显示装置的两张图片在通过添加纤维素纳米纤维使可生物降解的混合物"膨胀"后，有可能在不改变其结构颜色或导电性的情况下对该材料进行3D打印。迄今为止，科学家们已经利用该技术生产了一个七段式数字显示器，以及一个应变传感器，该传感器会根据机械变形产生的压电电流而改变颜色。"我们的实验室已经开发了基于纤维素的不同一次性电子元件，如电池和传感器，"该研究的共同作者XavierAeby说。"这是我们第一次能够开发出基于纤维素的显示器"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369045.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369045.htm

受到蝴蝶启发的"等离子体涂料"可使普通涂料成为过去式

受到蝴蝶启发的"等离子体涂料"可使普通涂料成为过去式这些金属蝴蝶艺术品各有一层受蝴蝶启发的等离子体涂料在DebashisChanda教授的领导下，中佛罗里达大学的科学家们在一种实验性的"等离子体涂料"中复制了这种现象。除了一种商业粘合剂液体（一种聚合物树脂和异丙醇），它包含了微小的镜面铝片，这些铝片被涂在更微小的氧化铝颗粒上。根据这些纳米颗粒的大小和间距，这些薄片看起来是青色、品红色或黄色。通过以不同比例混合不同原色的薄片，可以产生各种涂料色调。据Chanda称，与目前在传统油漆中使用的合成颜料相比，油漆中使用的铝对环境的危害要小得多。此外，虽然这些颜料随着时间的推移会逐渐失去吸收光子的能力--导致外观变暗--但纳米结构的薄片应该可以无限期地产生同样的亮丽色彩。更重要的是，由于其较大的面积-厚度比，只需要很少的等离子体涂料就能有效地涂抹在表面上。例如，该大学表示，只需要大约3磅（1.4公斤）的涂料就可以为一架747巨型喷气机涂上一层，而要完成同样的工作，则需要超过1000磅（454公斤）的传统涂料。这正式使质子涂料成为世界上最轻的涂料。最后，由于该涂料反射整个红外光谱，它吸收的热量非常少。因此，据说底层表面比涂有相同颜色的传统涂料时保持25至30ºF（14至17ºC）的温度。Chanda说："在美国，超过10%的总电力用于空调的使用"质子涂料所承诺的温度差异将导致显著的能源节约。使用更少的电力进行冷却也将减少二氧化碳的排放，减轻全球变暖。"目前，实验室生产的质子涂料比大规模生产的颜料涂料的制造成本更高。希望一旦该技术被扩大到商业生产水平，情况将不再如此。这项研究在最近发表于《科学进展》杂志的一篇论文中进行了描述。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348711.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348711.htm

受乌贼启发的新型人造皮肤能忍受极度寒冷 并能杀灭微生物

受乌贼启发的新型人造皮肤能忍受极度寒冷并能杀灭微生物像其他头足类动物、热带鱼和变色龙一样，鱿鱼拥有周期性的光子纳米结构，使它们能够改变皮肤颜色以应对外部环境的刺激，并用于伪装、交流和求爱。鱿鱼在其皮肤表面下有成千上万的细胞，称为色团，与它们的神经系统相连。在色团的中心是一个充满色素的弹性囊。肌肉收缩控制色团的大小，改变乌贼的皮肤颜色，使它们能够改变其图案，以配合附近的岩石或珊瑚。在某些鱿鱼品种中发现的反射蛋白会折射光线，并负责动物的动态色素和彩虹色。在过去，研究人员已经调整了这一过程，以创造保暖的皮肤，开发监测阳光照射的设备，并使人类细胞变得透明。现在，受乌贼皮肤中存在的先天能力的启发，中国大连理工大学的研究人员创造了一种新的、灵活的人造皮肤，可以抵御极端温度和细菌。该研究的通讯作者牛文斌告诉TechXplore，"生物皮肤将环境信息转化为生物电信号，并将其传递给神经系统，以感知外部压力、触觉、振动、温度等。特别是除了生物电信号之外，头足类动物的皮肤还可以通过颜色变化进一步主动感知复杂的环境"。研究人员模仿了乌贼皮肤中反射蛋白的排列方式，创造了他们称之为PIskin的新型光子-离子皮肤。当PIskin暴露在外部刺激下，例如表面，它的光子（光操纵）纳米结构会引起快速的颜色变化。同时，皮肤中的离子传输发生变化，使机械和温度刺激转变成电信号。"受变色乌贼皮肤的启发，我们在电子皮肤中引入了光子纳米结构，大大丰富了它的感觉能力，"牛文斌说。"除了通过电信号提供定量反馈、记录和分析刺激的变化，更复杂的信息，如刺激的位置、形状和分布，也可以通过其颜色进行视觉识别。"为了进一步推动皮肤的特性，研究人员添加了甘油单月桂酸酯（GML），一种具有强效抗菌特性的化合物，以及聚乙二醇200（PEG-200），一种工业级表面活性剂、乳化剂和洗涤剂。GML使PIskin能够杀死几乎所有的细菌和真菌，而PEG-200的低冰点意味着皮肤能够承受低温而不被冻坏，并且不太可能变干。研究人员发现，这种皮肤在恶劣的条件下表现良好，并准确地测量了应变、压力和温度。PIskin的创造为未来在可穿戴医疗设备、软体机器人、假肢和人机界面领域的应用打开了大门。这也鼓励研究人员去研究其他变色动物。"有许多耐人寻味的动物物种具有这种变色能力，"牛文斌说。"在我们接下来的工作中，我们将进一步探索乌贼以外的物种的生物结构，并开发相应的生物仿生皮肤。最终，这些皮肤可以用于可穿戴设备、互动传感和其他现实世界的应用。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351959.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1351959.htm

由变色龙启发的建筑材料可改变其吸收或散发的热量

由变色龙启发的建筑材料可改变其吸收或散发的热量在炎热的日子里，这种材料可以发射出它所包含的高达92%的红外热量，帮助冷却建筑物内部。然而，在较冷的日子里，这种材料只发出7%的红外线，帮助建筑物保持温暖。"我们基本上想出了一种低能耗的方法来对待建筑物，就像对待一个人一样；当你冷的时候，你就加一层，当你热的时候，你就脱一层，"领导这项研究的许宝春助理教授说，他发表在《自然可持续性》上。"这种智能材料让我们在没有大量能源的情况下保持建筑物的温度"。受气候变化的驱动根据一些估计，建筑物占全球能源消耗的30%，并排放了全球所有温室气体的10%。这一能源足迹的大约一半归因于室内空间的加热和冷却。"长期以来，我们大多数人都认为室内温度控制是理所当然的，没有想过它需要多少能源，"许说。"如果我们想要一个负碳的未来，我认为我们必须考虑多样化的方式，以更节能的方式控制建筑温度。"研究人员先前已经开发了辐射冷却材料，通过提高其发射红外线的能力来帮助保持建筑物的温度，红外线是人和物体辐射出来的无形热量。也有一些材料可以在寒冷的气候中防止红外线的发射。这种材料包含一个可以采取两种构象的层：保留大部分红外线热量的固体铜，这有助于保持建筑物的温暖；或者是发射红外线的水溶液，这可以帮助冷却建筑物"一个简单的思考方式是，如果你有一个完全黑色的建筑面向太阳，它将比其他建筑更容易升温，"PME研究生隋晨曦说，他是新手稿的第一作者。这种被动加热在冬天可能是一件好事，但在夏天就不是了。随着全球变暖导致极端天气事件和多变的天气越来越频繁，建筑物需要能够适应；很少有气候需要全年供暖或全年空调。从金属到液体再到液体许和他的同事设计了一种不可燃的"电致变色"建筑材料，它包含一个可以呈现两种构象的层：保留大部分红外线热量的固体铜，或发射红外线的水溶液。在任何选定的触发温度下，该设备可以通过将铜沉积到薄膜中，或将铜剥离，使用极少量的电力来诱导两种状态之间的化学变化。在这篇新论文中，研究人员详细说明了该装置如何在金属和液体状态之间快速和可逆地切换，即使经过1800次循环，在两种构象之间切换的能力仍然有效，因此这种智能材料可以在不需要大量能源的情况下保持建筑物的温度。该团队创建了模型，说明他们的材料如何能在美国15个不同城市的典型建筑中减少能源成本。他们报告说，在一个普通的商业建筑中，用于诱导材料电致变色的电力将不到该建筑总用电量的0.2%，但可以节省该建筑每年HVAC能耗的8.4%。"一旦你在不同的状态之间切换，你不需要应用更多的能量来保持任何一种状态，"许说。"因此，对于你不需要在这些状态之间频繁切换的建筑，它的用电量真的可以忽略不计。"扩大规模到目前为止，许的小组只创造了大约六厘米宽的材料碎片。然而，他们设想，许多这样的材料碎片可以像瓦片一样被组装成更大的板材。他们说，这种材料也可以进行调整，以使用不同的定制颜色--水相是透明的，几乎任何颜色都可以放在它后面而不影响其吸收红外线的能力。研究人员现在正在研究制造这种材料的不同方法。他们还计划探究该材料的中间状态如何能够发挥作用。"我们证明了辐射控制可以在整个不同季节控制广泛的建筑温度方面发挥作用，我们正在继续与工程师和建筑部门合作，研究这如何能够为一个更可持续的未来做出贡献"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343391.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1343391.htm

基于金属有机框架的新型电致变色薄膜可打造更智能、更凉爽的生活空间

基于金属有机框架的新型电致变色薄膜可打造更智能、更凉爽的生活空间就像眼镜可以变暗以提供防晒保护一样，这些透明薄膜的光学特性也可以通过电来调整，以阻挡太阳的热量和光线。现在，研究人员在《ACS能源快报》（ACSEnergyLetters）上报告说，他们展示了一种基于金属有机框架（MOF）的新型电致变色薄膜设计，这种薄膜能快速、可靠地从透明变为减少眩光的绿色，再变为隔热的红色。当电势从0伏到0.8伏再到1.6伏时，这种电致变色薄膜的颜色和光学特性就会发生变化：绿色有助于减少眩光，红色可增强隔热性。来源：改编自《美国化学学会能源通讯》2024期，DOI:10.1021/acsenergylett.4c00492徐洪波及其同事在他们的电致变色薄膜中使用了MOFs，因为这种结晶物质能够形成孔径大小可以通过改变与金属离子结合的有机配体的长度来定制的薄膜。这些特性可以改善电流流动，更精确地控制颜色，并且经久耐用。在演示中，徐的MOF电致变色薄膜在0.8伏的电势下只需2秒钟就能从无色变为绿色，在1.6伏的电势下只需2秒钟就能变为暗红色。当电势下降时，薄膜能在40小时内保持绿色或红色，除非施加反向电压使薄膜恢复透明状态。这种薄膜还能在从彩色到透明的4500次循环切换中保持稳定的性能。研究人员表示，经过进一步优化，他们的可调涂层可用于调节室内温度的智能窗户，以及较小规模的智能光学设备和传感器。除了徐的基于MOF的电致变色薄膜外，其他几个研究小组也报告了电致变色涂层的设计，包括一种阻挡紫外线但视觉上透明的辐射冷却薄膜、一种暴露在阳光下会变冷的彩色植物薄膜，以及一种在寒冷天气变深、在炎热天气变浅的温度响应薄膜。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432805.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432805.htm

斯坦福研发多彩新涂料能阻挡热量 使夏季更凉爽、冬季更温暖

斯坦福研发多彩新涂料能阻挡热量使夏季更凉爽、冬季更温暖用新型红外线阻隔涂料涂刷的一系列物体，展示了它的各种颜色图/彭雨灿随着气温变得越来越极端，人们在盛夏和寒冬会更频繁地躲进室内，吹空调或开暖气。但令人沮丧的是，这些耗能系统只会让问题变得更糟。因此，为了减轻一些压力，科学家们一直在研究能为建筑物或车辆被动加热或降温的材料和涂层。一些材料通过反射太阳光来工作，而另一些则利用辐射冷却将热量以红外波的形式发射到天空中。在这项新的研究中，斯坦福大学的研究小组开发了一种新型涂料，它能显著阻隔热量，使建筑物内部根据需要保持温暖或凉爽，而不会消耗大量能源。对于那些可能对反光超白涂料望而却步的审美人士来说，这种涂料还有多种颜色可供选择。这种新型涂料由两层组成。下层含有铝片，能反射高达80%的红外线辐射，防止热量透过铝片。在这层之上，是一层对红外线透明的超薄外层，由不同颜色的无机纳米颗粒组成。研究人员的想法是，这种涂料可以涂在建筑物的外部，在夏天隔绝热量，而在冬天则可以涂在内部墙壁上，更好地保持室内热量。研究小组测试了白色、蓝色、红色、黄色、绿色、橙色、紫色和深灰色的油漆样品，发现每种油漆对中红外光的反射能力都比相同颜色的传统油漆强10倍左右。在实验室实验中，新型油漆的加热能耗降低了约36%，制冷能耗降低了20%以上。接下来，研究人员对美国各地不同气候条件下的中型公寓楼进行了模拟实验，这些公寓楼内外都涂上了新材料，结果发现，一年下来，供暖和制冷的总能耗下降了约7.4%。此外，他们还对涂料的耐久性进行了测试，结果发现这些涂料具有防水性，在80°C（176°F）的高温或-196°C（-321°F）的低温下暴露一周后，其性能也没有任何下降。高酸度和低酸度环境对它们的影响也不大。研究人员说，经过进一步调整，这种新型涂料可以成为被动式气候控制的关键工具，减少对高能耗的暖通空调系统的依赖。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377197.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1377197.htm