“聪明”的变色材料

　　自然界有很多生物具有“自适应变色伪装能力”，最著名的当属变色龙。它可以根据环境的不同而改变身体的颜色。这也一直是很多科学家想要获得突破的研究方向，模仿自然界生物体的智能变色隐身机制，从而开发新型仿生智能变色材料与技术。

　　仿生智能变色技术在工业、生产生活等领域都具有重大意义。封伟团队就是受到变色龙智能变色机制的启发。他们在进行过近百次测试后，筛选出动态共价硼酸酯键，并将其引入主链型胆甾相液晶弹性体中，再利用热激发动态硼—氧键的交换特性，制备出智能变色液晶高分子薄膜这种新型材料。

　　这种新材料的厚度只有200微米，兼具力致变色、形状可编程和优异的室温自修复能力：在被拉伸时可以发生颜色变化;被切断后在断口处加几滴水，一段时间后就能重新愈合;可以被拉伸成任意二维或三维形状并保持不变，当加热到相变温度以上后，又能恢复到最初的形状。

　　神奇的动态共价键

　　智能变色液晶高分子薄膜所具有的可编程性能和自修复能力，都是缘于在液晶高分子网络中所引入的动态共价硼酸酯键。

　　这个动态共价键有多神奇呢?据研究团队成员杨言昭博士介绍，这种动态共价键遇到水分子后会发生断裂，再水挥发干后又会重组。他们在实验室里将制备的液晶高分子薄膜切成两半，在断口处滴几滴水，室温下放置24小时后，神奇的事情发生了，薄膜自己愈合了。研究人员还对愈合后的材料进行了拉伸测试和承重测试，“破镜重圆”后的薄膜再拉伸到原始长度近2倍时也没有再断开，还能承受自身1000倍的重量。

　　这一自愈合特性如果能加以应用，将会产生不凡的效果。记者设想了一下，如果橡胶、塑料、纤维等大宗高分子材料都具有类似的自愈合功能，在长时间使用后还会保持如新，即使破损也能够方便快捷地恢复如新，相当于延长了这些重要工业材料的使用寿命，极大程度上减少环境污染和资源浪费，将会产生巨大的经济和社会效益。

　　动态共价硼酸酯键还赋予了该材料“记忆编程”特性。室温下该材料是弹性的，可以被拉伸成任意形状，如螺旋形、波形、圆柱形等。加热到动态共价键激活温度时，材料从弹性变化到塑性，并能够保持形状不变。再继续加热到相变温度以上后，该材料又恢复到最初的形状和颜色。

　　多变的应用场景

　　智能变色材料在生活中已有应用。比如在轮胎边缘加入变色高分子材料制成智能轮胎，当温度超过正常使用温度时，轮胎会变色预警;将智能变色涂料镀膜在木材、金属、陶瓷等基材上，做成指示冷热用的变色茶杯、婴儿用的汤勺、奶瓶;将智能变色材料涂布在织物上做成变色服装，随着季节、时间、地区不同而呈现多变的色彩等。

　　智能变色高分子材料是个机遇与挑战并存的研究课题。封伟教授表示，他们的这项研究提供了一种简单通用的方法，为智能仿生变色伪装材料、自适应光学系统和软体机器人等技术的发展开辟了新道路，在服装、包装材料等方面也有巨大应用潜力。

　　不过目前这种智能变色液晶高分子材料还处于实验室研究阶段，在制备方法上还存在很多难点，包括更加精确控制液晶单体分子自组装，实现大面积均匀明亮的结构色。未来，研究团队将继续在仿生变色伪装材料应用方面进行深入研究，比如将智能变色液晶高分子薄膜与颜色识别系统相结合，颜色识别系统将背景的颜色信息转变为力学信号，利用薄膜的力致变色特性，使材料的颜色能够与背景环境的颜色相匹配，实现智能变色伪装的目的。