西亚试剂：新型凝胶可随环境变色

发布时间：2025-06-25

国麻省理工学院开发出一种新型凝胶结构，它能对周围环境，如温度、压力、盐度和湿度等作出响应，从而快速地改变颜色。专家称这是一种使光子材料的光学特性可随时进行广泛调节的巧妙且简易的方法。相关论文发表在近期出版的《自然.材料》杂志网络版上。  

    为了找到颜色可调的新型材料，研究人员自组装共聚物薄膜，该薄膜由聚苯乙烯和聚乙烯嘧啶（P2VP）两种材料交叠而成。这些层的厚度和折射率决定了哪些光能够被凝胶反射。研究人员发现，在保持聚苯乙烯层的厚度不变，改变聚乙烯嘧啶层厚度的情况下，施以一定的外部刺激(比如pH值和盐度)，可导致凝胶的颜色在几分之一秒内发生变化。  

    研究人员发现，控制P2VP层厚度的关键是让每层P2VP中的氮元素带上一个正电荷，形成一条聚合电解质链，在水中它能膨胀10倍以上。如果沿着该电解质链的电荷被另外的电荷屏蔽，譬如给渗透到凝胶的水中添加高浓度的盐离子，该电解质链就会被破坏，成为一个无序缠绕的球团。当盐离子被冲走时，这个正电荷再度和其他电荷相互发生排斥导致链被延长，引起每个P2VP层的膨胀，从而使材料反应出不同的颜色。  

    因为这种二嵌段聚合物薄膜是一维周期性的，因此膨胀只限于在一个维度发生，从而产生的颜色变化可达反射光波长的5.75倍。这和原先三维晶格导电胶产生的颜色变化相比有了巨大的改善。三维扩展的凝胶产生的颜色变化范围要小得多。  

    研究也证实，这种新型的凝胶对压力、湿度和温度等都十分敏感。使用机械力和化学力可获得相当大的响应，颜色的变化范围可涵盖从紫外光到红外光的整个光谱范围。目前，研究人员正在就凝胶对电压响应产生的颜色变化进行科学试验。  

    这项新型凝胶可用作廉价、快速的化学反应器。譬如，在食品加工厂，这种凝胶可作为环境感应器，用于检测过分暴露于湿气中的食品是否必须保持干燥。
 

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