“光结构”让水随环境变化自由变色

陈超

2016年09月09日  来源：科技日报

　　科技日报东京9月8日电 （记者陈超）日本理化学研究所、东京大学和物质材料研究机构的联合小组最近开发出一种新型“动态光结构”，通过对水中含有的微量氧化钛纳米片进行数百纳米为周期的规整排列，使水在没有改变成分的情况下可根据环境变化瞬时改变颜色。

　　“光结构”是指材料具有与可见光波长同等周期结构，并根据周期长短选择性地反射相应波长的光，从而呈现出各种鲜艳的“结构色”。“光结构”对操纵光的提取、封闭和传播等非常有用，科学家们对此进行了大量研究。但是，获得“光结构”并非易事，即使利用最新的纳米技术也难以制作，因此通常的“光结构”是由无机结晶和有机聚合物等硬质材料构成。

　　在自然界中，有些生物能巧妙地利用流动性物质构成“动态光结构”，比如琉璃雀鲷和霓虹灯鱼等鱼类，它们可以自由控制体色。而用流动性的人工材料制作“动态光结构”，使材料根据环境变化瞬间变色，却极其困难，因为秩序性和流动性是一对相反的状态。

　　此次日本研究人员使用氧化钛纳米片进行“光结构”的开发。氧化钛纳米片厚度为0.75纳米，横幅为数微米，是具有极大轴比的二维无机物质，具有高折射率和磁场定向性等独特性质。由于纳米片带有较大负电荷，彼此之间具有强静电排斥力，可以让纳米片在水中分散后形成具有一定间隔的层状周期结构。但纳米片的间隔最大为50纳米，难以作为“光结构”利用。为此，研究小组开发出扩大纳米片间隔的新方法，让水中分散的微量氧化钛纳米片以数百纳米为周期有规律排列，成功获得了随环境变化瞬时变换结构色的“流动性光结构”。

　　该成果对胶体科学、自下而上的纳米技术以及超材料的开发具有指导意义。研究论文在线发表于《自然·通信》杂志上。