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變色龍仿生電子皮膚問世 遇壓力變色
2015-09-16  來源:中國(guó)聚合物網(wǎng)
  美國(guó)斯坦福大學(xué)研究人員日前制造出一種有彈性、可變色的壓力敏感材料,它是迄今最接近變色龍皮膚的人造材料。用不同力度觸摸這種電子皮膚,它會(huì)改變顏色。研究人員指出,將來這種電子皮膚在交互式可穿戴設(shè)備、人造義肢、智能機(jī)器人等方面有著廣泛應(yīng)用。

  類似的變色材料以往也有,但很少有材料還能感知壓力,而且沒有一種是有彈性的。新的電子皮膚首次具有這三種特點(diǎn)。論文第一作者、斯坦福大學(xué)的周河秀(音譯)說,這是一種仿變色龍的彈性電子皮膚,改變所施壓力的大小和時(shí)間,就能很容易地控制電子皮膚的顏色;反過來,還能通過電子皮膚的顏色變化來分辨壓力大小。

  新電子皮膚主要由兩個(gè)部分組成:彈性微結(jié)構(gòu)聚合材料和彈性電致變色聚合材料,前者能隨壓力改變電壓,后者能隨電壓變化而變紅或變藍(lán)。

  研究人員用一個(gè)絨毛熊演示了電子皮膚是怎樣變色的。他們給小熊掌上貼上壓敏材料,并與放在小熊腹部的電致變色材料連接。電致變色材料先是暗紅色,輕握小熊掌(壓力約50千帕)時(shí)變?yōu)樗{(lán)灰,放開后又變回暗紅,用大力握時(shí)(約200千帕)變?yōu)榈{(lán)色。

  研究人員解釋說,這是一個(gè)多步驟的過程。握手的壓力使壓敏材料電阻下降,由此使電致變色材料的電壓升高,氧化材料使其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生輕微改變,從而明顯改變其吸收光譜。壓力消除后這一過程會(huì)迅速逆轉(zhuǎn)。

  雖然研究中所用的電致變色材料只能在紅藍(lán)之間轉(zhuǎn)變,但研究人員希望其他電致變色材料能有更多顏色,這樣就可帶來更廣泛的應(yīng)用。電子皮膚有可能與可穿戴或攜帶設(shè)備結(jié)合,如衣服、智能手機(jī)、智能手表等,把各種顏色整合到一種設(shè)備中,可作為一種互動(dòng)式裝飾或表達(dá)情緒方式。

  周河秀說,電子皮膚顏色的改變還可用于分辨壓力,這種系統(tǒng)能與任何想知道其表面壓力的東西結(jié)合。此外,它還有偽裝功能,可用于義肢和智能機(jī)器人。彈性系統(tǒng)能很好地貼附在曲面和動(dòng)態(tài)表面上,傳統(tǒng)的堅(jiān)硬材料卻做不到這一點(diǎn)。
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