26岁上海交大青年研发仿生迷彩材料,有望用于战时装备与人员保护( 二 )


两种“双层结构”
具体来说 , 他使用一个包含蒽共聚物(PAN)和含色素的聚二甲基硅氧烷(色素-PDMS)的双层系统 。
在该系统中 , 光热效应诱导的色素-PDMS的热膨胀可以消除褶皱 , 而多波长光驱动的动态表面褶皱则能调节光的散射、以及蒽共聚物薄膜干涉颜色的可见性 。
据介绍 , 马天骄捕捉到的颜色 , 可在与背景不同的曝光状态、以及与周围环境相似的伪装状态之间切换 。 这类面向自适应可见伪装的双层褶皱系统 , 不仅配置简单 , 而且操作方便、用途广泛 , 且具有没有任何外部传感器和额外刺激的原位动态特性 。
26岁上海交大青年研发仿生迷彩材料,有望用于战时装备与人员保护
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(来源:PNAS)
为了更好地显示这种伪装技术制备出的动物般的“皮肤” , 他制备了一种双层结构:刚性聚合物薄膜、以及混合颜料的软基材层 。
材料的每一层都有不同的热膨胀率 。 一层注入混合颜色的颜料 , 另一层与背景颜色相同 。 当材料冷却时 , 各层具有不同的收缩应力 , 从而在表面形成细小的皱纹和折痕 。 照射在表面上的光线使这些层升温 , 使它们以不同的速度膨胀 , 并使两种材料再次变得光滑 。
创建和消除这些皱纹可以控制任何颜色反射光的可见性:在起皱状态下 , 反射出明亮颜色的混合光谱 , 但当材料变平滑时 , 反射的颜色与背景相匹配 , 材料中的任何包层都会被伪装 。
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(来源:PNAS)
当受到光波撞击时 , 这种柔软的有色层会膨胀和收缩 , 而这两层状态之间的“不匹配”会在皮肤上产生可逆的皱纹 。 其中涉及到散射光的科学原理 , 它能决定皮肤是彩色还是隐藏 。
当所有的东西都皱缩起来时 , 他发现光线强烈地从表面散射出来 , 这可能是因为表面有更高的粗糙度可以散射 , 这和切割玻璃的光散射是同样道理 。 在这种皱纹状态下 , 皮肤呈现出鲜艳的色彩 。 然而 , 当皱纹变平时 , 皮肤反而呈现出周围环境的颜色 , 这意味着伪装十分有效 。
概括来说 , 在没有任何外部传感器和额外刺激的被动控制下 , 该材料表现出了原位动态特性 , 甚至可在自然条件下实现完全的适应性伪装 。 因此 , 该研究提供了一种低成本、配置简单、易于操作、有效的适应性可见伪装的策略 。
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(来源:PNAS)
更“亲民”的应用:检测动物生活状态
马天骄表示 , 研究中无时无刻不在克服困难 , 一开始染料和背景很难匹配到比较好的状态 , 只好暂停研究转而学习色彩知识 。
再就是做透明条件下的伪装时 , 一开始很想做但就是做不出来 , 后来借用其他团队的透明材料 , 终于达到目的 , 他表示 , 这是一种在可见光下透明、同时又可以吸红外光的材料 。 不过其他材料在造价上都比较低廉 , 使用的都是市面上能买到的橡胶或塑料 。
此外 , 想要让伪装达到比较好的效果 , 在染料用量、褶皱形貌、光的强度、背景、拍照设备等方面 , 都需要一定时间的摸索 。
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(来源:PNAS)
目前 , 这项技术的主要应用是有望为军方开发一种可选择的伪装技术 , 这有助于减少战斗中的生命损失 。 伪装使设备或机器人能够无缝融入其环境 , 以进行有效的环境和物种监测 。 此外 , 侦察和反侦察在战场上的目标生存能力方面发挥着重要作用 。 而伪装有助于军事目标避免被敌人发现 , 从而减少伤亡 。