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美研究人员根据乌贼皮肤开发新型伪装材料

发布:HPLSElaser阅读:1594时间:2018-4-3 13:27:14


图片来源:盖蒂图片社。

近几十年来,全世界的研究人员一直在研究头足类动物,如鱿鱼和章鱼,试图了解这些生物伪装能力背后的光子物理学原理,但这种生物学现象背后的科学依据依然是难以解释的。但是目前,美国的研究团队可能已经接近解开这个谜团。由美国马萨诸塞州东北大学的Leila Deravi领导的一个研究小组已经将乌贼皮肤上的纳米粒子分离出来,并用它们制造出光散射聚合物纤维。该研究团队还认为,这些纤维可以编织成具有适应性着色能力的耐磨柔性纺织品。

“伪装大师”

乌贼拥有被称为色素细胞的光学器官,在皮肤上出现数百种多色斑点,并迅速打开和关闭以产生颜色的变化。在色素层下面有一层反射性虹膜色素。这些器官一起调节可见光在乌贼身体表面的反射。

研究人员分离了纳米结构的蛋白质和色素,这些蛋白质和色素组成了头足类动物的光学器官。研究人员对其进行了研究,得出结论认为,纳米粒子的光散射在适应性着色过程中起着重要作用。在这一研究之前,没有科学家认真研究过散射的影响,因为过去的研究已经假定没有被皮肤反射的所有光都被皮肤所吸收。研究小组发现,颜料颗粒可以散射红外和可见光,从而增强亮度和光吸收,并影响颜色感知。

美国陆军纳蒂克士兵研究、开发和工程中心的合作者Richard Osgood在与该工作相关的新闻稿中表示:“从科学和技术工程学的角度来看,理解光散射如何影响颜色的变化是非常重要的,这是生物学和光学领域令人振奋的新发展。”

在薄膜中观察光散射

研究人员想要更好地理解在乌贼的伪装行为期间其色素载体的功能,因此他们开始通过构建多层分布颗粒的薄膜。他们使用扫描电子显微镜(SEM)和全集成漫反射光谱学(TIDS)等技术来观察颗粒分层和颗粒间距对薄膜中可见颜色的影响,以更好地解释光散射的作用。

总而言之,研究团队收集的数据表明,颗粒的厚度和分布对薄膜内的一系列可见颜色都起作用。研究人员还得出结论,前向散射和后向散射有助于光线穿透光学器官,从而在适应性着色过程中导致乌贼皮肤的颜色加深。接下来,该团队设计了一个系统,该系统包含从乌贼皮肤中提取的纳米颗粒,模拟乌贼体内的色素细胞。研究人员能够通过散射光来进一步增强感知颜色。

可穿戴材料

作为概念证明,研究人员制造了500纳米颗粒纤维的线轴,这一尺度比人类头发直径小150倍。研究人员表示:“我们特别感兴趣的是,将颗粒结合到聚合物的中心核心并熔融在纤维中,观察他们是否能够将对可见光和红外光的独特作用融入到纺织品中,甚至用于制造新型显示器和通信设备。”

研究团队指出,对纤维的初步分析表明“这种独特的材料不仅提供了可见光的颜色,而且还能够反射由于前向和后向散射引起的颜色。”研究人员补充称,近红外和短波红外区域的高散射表明纤维可以替代传统红外着色剂在未来作为新型耐磨材料。根据Osgood的说法,这种材料的潜在应用还包括适应性着色的**应用。

来源:https://www.osa-opn.org/home/newsroom/2018/march/future_camouflage_materials_from_squid_skin/

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