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禁拉又禁拽,拽了还发光?Q弹带闪新材料,来一块吗?
【信息时间: 2016-03-13 17:59:08   阅读次数: 】【字号

 现在,科学家们展示研究成果的方式是越来越魔性了。在3月4日的《科学》上,就出现了一只诡异的小“蠕虫”,它一边扭动前进,还一边闪着彩灯:
  
  拱啊拱啊拱啊走你……
  其实,这是康奈尔大学谢泼德(Shepherd)课题组展示的研究成果——一种柔软的发光新材料。
  柔软、 Q弹,还能发光
  传统机器人大多是硬汉形象。而柔软材料,特别是可延展材料的引入,会给机器人们带来更多方面的可能性。柔性材料不光要“能屈能伸”,它们最好要还有足够的延展性,被拉伸或揉捏时也不损坏,而且用在机器人身上的柔性材料还要能够完成一系列任务,比如说作为“人造皮肤”来感知外界的刺激,用发光来传递信息等等。
  以往,我们已经有了一些柔性材料,比如可以让显示屏由直变弯的有机发光二极管(OLED)。不过,它还是有一些不足之处。LED型材料的弹性和延展性还是很低,最好的记录也只能延伸1.2倍。
  
  柔性LED器件演示,图片来自:wikipedia
  能不能做出一种更柔软、更有弹性、可拉伸又有功能的新材料呢?这一次,研究者们就设计出了一种特殊的“发光皮肤”材料,而上图中诡异的“发光蠕虫”,就是对这种新技术的演示。
  这种材料十分Q弹,任人蹂躏也不会损坏,依然可以保持发光稳定。在外力的作用下,研究者们甚至可以把这些柔软的发光元件拉伸到原来长度的4.8倍,此时,它们还可以继续发光:
  
  如果把一个个发光元件组合起来,它们还可以组成发光阵列,并且依然表现优异。通过电路的控制,可以很容易地调控发光点阵显示的图样,而且在研究者们的一番揉捏、拉伸、折叠之下,光点依然稳如泰山。
  
  凝胶树脂“三明治”
  这些软软的发光元件是怎么做出来的?它其实是用多层材料叠加而成的“三明治”结构,由硅树脂、聚丙烯酰胺-氯化锂水凝胶和硫化锌硅树脂等组成。
  
  硅树脂、聚丙烯酰胺-氯化锂水凝胶和硫化锌硅树脂(发光的核心结构)形成的三明治结构。图片来自原论文
  硅树脂是一种兼具延展性和透明性的绝缘材料,而掺入硫化锌还能使它变成发光元件,在交流电场的作用下发出荧光。而聚丙烯酰胺-氯化锂水凝胶会构成导电夹层,为施加电压留下了通路。通过对发光成分的调整,还能得到不同的发光颜色:掺入质量分数为0.01%的铜,可以显出绿色;掺入0.1%的铜,则显现为蓝色;而如果掺入1%的锰,就会显现出黄色。
  越戳光越亮
  除了Q弹和发光,这种三明治夹层还有一个特别之处:它可以响应外界压力,并从不同强度的光反映出来。如果用手指戳一下柔性材料,戳得越用力,局部的拉伸程度越大,发光也就会变得越强。

 


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