Angew. Chem.:仿生多波段伪装液晶智能材料

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自然界中头足类生物(如章鱼、墨鱼和鱿鱼)凭借其卓越的伪装能力,长期以来为科学家们提供了丰富的启示。这些生物能够通过改变皮肤的颜色、纹理和光泽,迅速适应周围环境,实现完美的隐蔽。章鱼尤其以其出色的伪装技术而著称,它们能够通过控制皮肤中的色素细胞和特殊的反射细胞(如虹彩细胞),迅速改变体色和表面纹理,从而避开捕食者或隐藏在复杂的背景中。通过神经系统的精确控制,头足类动物能够在短短时间内调整这些细胞的状态,实现高效的伪装。受生物体变色伪装能力的启发,开发兼具可见变色、红外伪装和电磁屏蔽功能的仿生伪装材料是一个充满挑战又极具吸引力的研究热点。

手性液晶材料如胆甾相液晶是一类具有周期性螺旋超结构的智能软光子晶体,不仅选择性地反射不同波长的可见光,还能够灵敏地响应环境刺激(如力、热、电、光、磁等),呈现出结构色的动态变化,在军事伪装和新型显示器件等领域都具有广泛的应用前景。因此,将胆甾相液晶弹性体的动态结构变色特性与功能纳米材料的红外和微波伪装特性结合起来,有望实现可见-红外-雷达多波段伪装液晶纳米复合材料的重大突破。

近日,天津大学封伟教授、王玲教授团队将具有超低中红外发射率的二维MXene纳米材料与胆甾相液晶弹性体通过共价化学键合,成功开发了兼具动态结构色变化、可调红外辐射和可切换的微波屏蔽能力的MXene纳米复合液晶智能材料(MXene-CLCEs)。该研究为仿生先进纳米结构和智能变色材料的开发提供了全新思路,有望在军事隐身、智能光学隐身和动态热管理等领域获得重要应用。

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作者通过调整MXene的厚度,实现了MXene-CLCE薄膜可见光透射率,红外辐射率和电磁干扰屏蔽效能(SET)的精确调控。系统研究了在力致拉伸作用下MXene-CLCEs的光学、红外以及电磁波性能的动态变化规律;通过扫描电子显微镜、3D表面轮廓仪图像和有限差分时域(FDTD)模拟分析,揭示了MXene纳米涂层在拉伸过程中裂纹的形成和扩展过程以及多波段动态变色伪装机制。作为概念的演示,作者进一步展示了基于MXene-CLCEs的气动章鱼模型,该模型能够实现动态的多波段伪装。相关研究为多波段智能伪装技术的应用提供了全新的思路,在军事隐身、智能光学隐身和动态热管理等领域具有广泛的应用前景。

文信息

Cephalopod-Inspired MXene-Integrated Mechanochromic Cholesteric Liquid Crystal Elastomers for Visible-Infrared-Radar Multispectral Camouflage

Yuan Liu, Ran Bi, Xuan Zhang, Yuanhao Chen, Cristian Valenzuela, Yanzhao Yang, Huan Liu, Le Yang, Ling Wang, Wei Feng

文章第一作者是天津大学材料学院王玲教授指导的博士研究生刘源,论文通讯作者为天津大学材料学院王玲教授,相关研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金和天津市杰出青年基金等项目的资助。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202422636

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