【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。

关于《知觉的世界》的读书笔记
一本可以细读的书~梅洛.庞蒂从人的知觉出发,论述了关于我们对于事物、生活、艺术等各方面的看法。上一次有如此看书体验的是塔可夫斯基的《雕刻时光》,再一次被这种论述的方式所打动。自从前段时间开始接触哲学,自己对于生活的体验以及看待世界的方式都有所改变,这大概就是哲学的魅力吧。看到最后,真心希望哲学能成为每个国家义务教育里的必修课程,就像法国所做的那样,我相信每个人都能从中获得一种新的体验。

摘抄:

在检视了空间之后,让我们着手检视那些填充了空间的物本身。就此,若去查考经典心理学的教科书,我们会发现里面是这么界定物的:先是有一些不同的性质呈现给了不同的感官,然后再由理智的一个综合行为将这些性质统合为一个体系一这就形成了物。例如,柠檬就是这个两头鼓起的椭圆的形状,再加上这个黄黄的颜色,再加上这个凉凉的触感,再加上这个酸酸的味道……然而,这一分析并不能让我们满意,因为我们并没有看到这里有什么是能够把这其中的每一个性质和所有其他的性质统一起来的;而实际上,我们是的的确确地感受到了这一点的:柠檬是个统一的存在,它所有的性质都不过是这统一的存在的不同表现。只要我们还把物体的各种性质看作属于视觉、味觉、触觉等截然分疏的世界的,物体的统一性就一直会是神秘难解的。然而,在这一点上,遵从歌德的指引,现代心理学已经注意到:物体的任何一个性质都远非严格地独立的,而是都拥有一种情感意谓(une signification affective),这情感意谓会将此性质与所有其他感官的情感意谓连结起来。举例说来,正如给房间挑选过壁毯的人都知道的,每种颜色都会氤氲出一种情绪氛围,都会使这壁毯或忧郁或明快,或阴沉或昂扬。既然不仅颜色是如此,既然对于声音和触觉来说亦是如此,那么我们或许就可以说:每一种颜色都对应着某一种声音和温度。正是因此,当向盲人描述一种颜色时,盲人可能会通过把此颜色类比为某种声音来想见此颜色。因为人的经验赋予了性质某种情感意谓,所以一旦我们把一个性质放回到人的经验之中,那么这个性质何以能够和其他那些它原本与之毫无关系的性质发生关联也就变得开始能够被理解了。

在我们试图找回我们在生活的经验中所领会到的那个世界的努力中,所有那些古典的艺术法则都被打破了。关于绘画的古典教条是建立在视角主义之上的。所谓视角主义就是说,比如当画家在面对一片风景时决定只按照最传统的画法把他所看见的在画布上再现出来:画家先是看见了他身边的树,然后他把目光放远,投放到前方的路上,再然后将目光投向更远方的地平线;如此一来,根据目光每次所投注的焦点之不同,其他物体的外观也都随之发生变化。在画布上,画家所试图完成的不过是所有这些各异的视图所折中调和而成的产品,画家不过是在试图给所有这些各异的知觉找到一个公约数,也就是说画家并不是在给出物体呈现给画家的尺寸、颜色和外观,而只是在试图给出物体为传统绘画规则所规定下的尺寸和外观,也就是说,当把目光投注于地平线上某一个固定的点时,当风景画中的一切线条都因而从画家出发奔向这个点时,物体所呈现出的尺寸和外观。如此这般画出来的风景就会显得平静、端严而可敬,因为这些风景是被一个投注于无限远处的目光所固定住的。这些风景是与我有一段距离的,观看者是没有被卷入其中去的,这些风景是彬彬有礼的。观看者的目光从这些画中风景上从容地掠过,这些风景画中不会有任何令人不悦的东西来扰乱观看者那无上的从容安闲。然而,上述方式并非世界实际上呈现给我们的方式。世界实际上是在我们与世界的接触中呈现给我们的,而这与世界的接触正是知觉给予我们的。每时每刻,在我们的目光流转于现实场景中的时候,我们都必然只能从某一个确定的观点出发,而这些前后相继的瞬间之所见,无论是关于哪一个风景区域的,都是不能够简单地相互叠加起来的。画家如果想成功地彻底控制住这一系列的所见并从中提取出一个永恒的、唯一的风景,就不得不破坏掉自然而然的看的方式。比如画家就必须得时不时地眯起一只眼睛,借着铅笔去目测清楚一个细节处看起来到底有多大--然而这种做法难免就会改变这一细节本身--然后把这些都置于一个分析性的看之注视下,并进而在画布上构建对风景的再现。如此这般再现出来的风景完全不符合任何自然而自由的看,这般再现出的风景宰制住了自然的看之动态的开展,并且,这般再现出的风景还取消了这自然的看之律动和生命本身。自塞尚以来,很多画家都开始拒绝再遵从几何视角这一规则,因为他们想要重新抓住并再现出风景在我们眼底下的诞生本身;因为他们不再满足于去做一个分析性的报告,而是想要重新融进并采用知觉经验的“作画法”(“style”)本身。所以,他们的画的不同部分是从不同的出发点来看的,这就会使不仔细的赏画者觉得这些画犯了“视角错误”,然而却会使认真的赏画者觉得:在这些画中,从来没有任何两个物体是同时被看到的;若要在这些画里的不同空间部分之间游动目光,永远都是要耗费时间的;在这些画中,存在不是现成地被给予了的,而是通过时间显现或浮现出来的。

塞尚就曾说我们当能够绘画出树木的气味。在相同的意义上,萨特曾于《存在与虚无》中写道:每一个性质“都在揭示出物的存在”,他接着说道:“柠檬(的黄)贯彻于柠檬的所有性质中,且其每一个性质都是贯穿于所有其他的性质中的。那黄黄的正是柠檬的酸,那酸酸的正是柠檬的黄;我们吃糕点的颜色;而且糕点的味道也在向我们所说的饮食直观揭示着糕点的形状和颜色……泳池中水的流动性、温热感、泛蓝色以及涌
动态,这其中的每一个性质都一下子就在所有其他性质中被呈现出来了。”

每一个物都向我们象征着某种特定的行为,都向我们提示着这一行为,都激发着我们或正面或负面的反应。正因此,从一个人装点布置其居所的方式,从他所喜爱的颜色,从他所爱去散步的地点就可看出此人的品位、性格及面对世界和外部存在的态度。克洛岱尔就曾提到,中国人会用石头建筑园林,其中的一切都干枯而惨淡①。如此这般对环境的石化所透露出的是对生之茵润的否定,也就是说是对死的向往。那些郁结纠缠在我们的梦里的物同样是意味深长的。我们与物的关联并非一种遥远的关联。每一个物都向我们的身体和生活诉说着什么,每一个物都穿着人的品格(顺从、温柔、恶意、抗拒),并且,物反过来也活在我们之中,作为我们所爱或所恨的生活行为的标记。人驻于物,物也驻于人--借用心理分析师的说法就是:物都是情结(complexe)。塞尚亦持此观点,他曾说绘画所力图传达的正是物的“光环”(“halo”)。这也是现代诗人弗朗西斯·蓬热的看法。我们现在就以他为例对此作进一步的说明。萨特曾在一项关于蓬热的研究中写道:“物居住在他那里已经年历岁,物居有着他,物似地衣般覆盖住了他记忆的基底,物就在他那里……他现在努力所要做的就是从自身之深底钓出这些丛生的巨物以使它们出现,而不是对它们作严密细致的观察以确定它们的性质。”比如说水--当然,不仅仅是水,所有的元素都是如此--其本质并不在于它可被观察出的性质,而在于,关于我们它到底向我们说了些什么。
蓬热就是这么评论水的:
“水白、亮、无形、清凉、被动,执拗于它唯一的堕落--重力,用各种绝招完成这种堕落:包抄,穿透,腐蚀,渗透。

堕落同样作用于水的内部:不断地坍塌,每时每刻都在放弃各种形状,一味地卑躬屈膝,四脚八叉地趴伏于地,如尸首,像某些教派的僧侣……

我们几乎可以说水发了疯了,它歇斯底里般地唯重力是从。这个需求控制着它,如同一个根深蒂固的执念……

液体从定义上讲执着于服从重力而不是执着于维持自己的形状。为了服从重力它拒绝一切形状。这一根深蒂固的执念及病态的顾虑使它完全失态……

水的不安定:能感觉出最细微的倾斜变化。连滚带爬地跳下楼梯。活泼快乐,幼稚地顺从。当降低这边的高度以召唤它时,它立马就跟过来了。”
(引于《采取事物的立场》)

① Paul Claudel,Connaissance de IEst(1895-1900),Paris,Mercur
de France,190è; rééd1960p.63:“正如景物之美实非草木和枝叶的颜色所构成,而是由线条与地势之起伏掩映所致,中国人真的会只用石头建园子。如此造园就好比是在雕塑,相形之下,寻常造园法则类于绘画。堆叠山石,以创造人工景观。从确定轮廓和形态来看,用石头似乎要比用植物装点更服帖更适宜它们的层次和外貌的变化令人感觉到高度和深度曲折和突兀”一-编者注。(中译文请参见《认识东方》徐知免译,上海人民出版社2007年,第32页。-中译注)

加斯东·巴什拉将这种分析拓展到了所有的元素中。听众诸君会在他一系列关于气、水、火和土的著作中发现这种分析。在这些著作中,巴什拉把每一种元素都看成了某一类人的心灵家园,看成了此类人魂之所牵梦之所萦者,看成了主导此类人生活的那一为其所最钟爱的境域,看成了那赋予此类人以力量和幸福的自然圣礼(sacre-ment naturel)。所有这些研究都有赖于超现实主义。长达三十年,超现实主义力图在我们生活于其中的物体中--尤其是在那些我们失而复得的、弥足珍贵的物件中--寻找那“欲望的催化剂”或者,正如安德烈·布勒东所说,寻找人的欲望于其中显现自身或曰“结晶”的地方。所以说,这是个相当普遍的趋势:不再把物和人之间的关联设想为一个享有着至高权威的精神和一个例如笛卡尔的著名分析中所呈现的蜡之间的那种距离和主宰;而是终于意识到了:这关联并不是那么清楚明白,这关联是一个令人目眩的接近,这接近使我们不能把自己视作与物完全撇清关系的纯粹精神,使我们不能把物界定为与人的性质没有任何瓜葛的纯粹对象。

通过检视知觉的世界,我们到底学到了什么呢?我们学到了:在这个世界里,根本就不可能把物和它的显现方式区分开。诚然,当我像字典那样去定义桌子的时候--三条或四条腿支撑起的一个平面,人们可以在上面吃饭、书写等等--我可能会觉得如此我就抓住了桌子的本质而完全不必在意桌腿的形状、纹饰的风格等等这般伴随性的偶然之处。然而,这样我就不是在知觉了,而是在下定义。与此相反,当我在知觉一张桌子的时候,我不会不在意这桌子实现其作为桌子的功能的方式,而且,正是桌腿每一次承载起桌面的独特方式、正是那从桌脚到桌面抵抗重力的独特运动吸引着我,并使得每张桌子都卓然有别于所有其他的桌子。在这里,没有任何一个细节--从木头的纤维、桌腿的形状、木头的色泽及年龄到印证着木头之年龄的某些涂鸦或磨损--是无关紧要的,而且“桌子”这个意谓之所以吸引我,正是因为它是透过所有这些“细节”显现出来的,因为正是这些细节体现着它在场的样态。然而,一旦我们明白了知觉学派的教导,我们就会发现我们开始懂艺术作品了,因为艺术品也是一个肉身性的总体,在此总体中,意义并不是自由的,而是系于或者说束缚于形形色色的符号以及各种各样的细节的。正是这些符号和细节向我显现了意义,以至于正如被知觉到的物那样,艺术品也是要去看的、要去听的,任何的关于艺术品的定义和分析--无论这分析作为对知觉经验所进行的事后盘点做得有多么完备--都不能取代我对此艺术品所进行的直接感知经验。这一点乍看上去并不是那么明白无疑。

独立女性,是网络上最具热度的词汇之一。

从各种女性题材影视剧到《乘风破浪的姐姐》热播,从众多女强人的诞生到人们对“女性主义”的高昂态度,这些似乎都在预示着:社会早已变革,成为独立女性才是新时代的目标。

于是我们会发现,网络上涌现出了越来越多以“独立女性”自居的人,人们对女性的要求也从原先的状态变成了“非独立不可”,连各种品牌营销也在打着“女性独立”的口号,好像一夜之间,“独立”就变得那么闪闪发光。

可事实上,在那些强调“独立”的场合,有多少人真正懂得什么叫“独立”呢?


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