該技術(shù)的潛在的應(yīng)用包括壓力監(jiān)測(cè)繃帶，遮光織物等。
你知道嗎，蝴蝶翅膀或甲殼蟲外殼中明亮的彩虹色不是來源于任何色素分子，而是來自翅膀的結(jié)構(gòu) —— 這是物理學(xué)家所說的“光子晶體”的一個(gè)自然存在的例子。現(xiàn)在，科學(xué)家可以在實(shí)驗(yàn)室中制造自己的結(jié)構(gòu)彩色材料，但在不犧牲光學(xué)精度的情況下，將該過程擴(kuò)大到商業(yè)應(yīng)用將是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的科學(xué)家們采用了一種19世紀(jì)的全息攝影技術(shù)，開發(fā)出了一種變色龍般的薄膜，這種薄膜在拉伸時(shí)可以改變顏色。該方法在保持納米級(jí)光學(xué)精度的同時(shí)，還可以很容易地進(jìn)行縮放。他們?cè)凇蹲匀徊牧稀冯s志上發(fā)表的一篇新論文中描述了他們的這項(xiàng)工作。
在自然界中，甲殼素（昆蟲常見的一種多糖）的鱗片像屋頂?shù)耐咂粯优帕小１举|(zhì)上，它們形成了衍射光柵，只不過光子晶體只產(chǎn)生特定顏色或波長(zhǎng)的光，而衍射光柵會(huì)產(chǎn)生整個(gè)光譜，就像棱鏡一樣。光子晶體也被稱為光子帶隙材料，它是“可調(diào)諧的”，這意味著它們可以精確地阻止某些波長(zhǎng)的光，同時(shí)讓其他波長(zhǎng)的光通過。通過改變“瓦片（鱗片）”的大小來改變結(jié)構(gòu)，晶體就會(huì)對(duì)不同的波長(zhǎng)變得敏感。
創(chuàng)造像自然界中發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)顏色是材料研究的一個(gè)活躍領(lǐng)域。例如，光學(xué)傳感和視覺通信應(yīng)用將受益于結(jié)構(gòu)著色材料，這種材料可以根據(jù)機(jī)械刺激改變色調(diào)。制造這種材料有幾種技術(shù)，但沒有一種方法既能在所需的小尺度上控制結(jié)構(gòu)，又能在實(shí)驗(yàn)室設(shè)置之外擴(kuò)大規(guī)模。
后來，該論文的合著者、麻省理工學(xué)院的研究生本杰明·米勒（Benjamin Miller）在麻省理工學(xué)院博物館發(fā)現(xiàn)了一個(gè)關(guān)于全息攝影的展覽，并意識(shí)到制作全息攝影在某些方面與自然界產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色彩的方式相似。他深入研究了全息攝影術(shù)的歷史，了解了物理學(xué)家加布里埃爾·李普曼（Gabriel Lippmann）在19世紀(jì)末發(fā)明的彩色攝影技術(shù)。
上圖：加布里埃爾·李普曼在索邦大學(xué)實(shí)驗(yàn)室從事物理學(xué)研究。
1886年，物理學(xué)家加布里埃爾·李普曼開始對(duì)開發(fā)一種將太陽(yáng)光譜的顏色固定在照相底片上的方法感興趣，“這樣圖像就可以保持固定，在日光下也不會(huì)變質(zhì)。”他在1891年實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，創(chuàng)作了一幅彩色玻璃窗、一碗橘子和一只彩色鸚鵡的彩色圖像，以及風(fēng)景畫和肖像畫 —— 包括一幅自畫像。
李普曼的彩色攝影過程包括像往常一樣將光學(xué)圖像投射到感光板上。投影是通過玻璃板完成的，玻璃板的另一面涂有非常細(xì)的鹵化銀顆粒的透明乳劑。還有一個(gè)與乳劑接觸的液態(tài)汞反射鏡，因此投射的光穿過乳劑，擊中鏡子，并被反射回乳劑中。
由此產(chǎn)生的光干涉圖案在不同深度曝光乳劑，基本上將乳劑編碼在該干涉圖案中。曝光幾分鐘后，將板從液態(tài)汞中取出并進(jìn)行處理。
為了便于觀看，成品板會(huì)被倒置，并在表面附著一個(gè)棱鏡，通常使用加拿大香脂粘合劑。然后，用白光從前面以垂直的角度照亮板子。在平板上任何一點(diǎn)，只要產(chǎn)生薄板的光的波長(zhǎng)與入射光的波長(zhǎng)相匹配，光線就會(huì)被反射向觀看者。其他波長(zhǎng)會(huì)被銀粒吸收或散射，或者直接穿過乳劑，被平板背面的黑色防反射涂層吸收。
但是，李普曼的方法從未在商業(yè)上流行起來，主要是因?yàn)樗枰荛L(zhǎng)的曝光時(shí)間，而且沒有辦法制作彩色印刷品。幸運(yùn)的是，全息材料（由光敏分子組成，在光照射下交聯(lián)形成彩色鏡子）自李普曼的時(shí)代以來已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。該項(xiàng)目的合著者馬賽厄斯·科勒（Mathias Kolle）說：“這些現(xiàn)代全息材料的化學(xué)反應(yīng)非常靈敏，只需一臺(tái)投影儀，就可以在短時(shí)間內(nèi)完成這項(xiàng)技術(shù)。”
該團(tuán)隊(duì)將一種商業(yè)彈性光敏聚合物放在鋁板上，并使用標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)成投影儀將各種圖像投射到樣品上。制作大型、細(xì)節(jié)生動(dòng)的彩色圖像需要幾分鐘時(shí)間。然后，他們剝下全息薄膜并將其粘在黑色彈性硅膠襯底上。
當(dāng)他們拉伸薄膜時(shí)，由于薄膜的拉伸和變薄導(dǎo)致納米級(jí)結(jié)構(gòu)重新配置，反射了略有不同的波長(zhǎng)，顏色就發(fā)生了變化。薄膜在最薄的地方保持紅色，在較厚的地方變成藍(lán)色。此外，將草莓、硬幣或手指等東西壓入紅色薄膜中，會(huì)留下細(xì)致的綠色印記。
本杰明·米勒表示：“現(xiàn)在，我們已經(jīng)掃清了這個(gè)擴(kuò)展障礙，我們可以探索這樣的問題：我們可以使用這種材料來制造具有類似人類觸覺的機(jī)器人皮膚嗎？我們可以為虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)或醫(yī)療培訓(xùn)等創(chuàng)建觸摸傳感設(shè)備嗎？我們現(xiàn)在看到的是一個(gè)很大的領(lǐng)域。”
實(shí)際上，這些變色薄膜是制作繃帶的理想材料，可以根據(jù)壓力改變顏色，讓醫(yī)務(wù)人員知道他們是否包扎得太緊了 —— 這是治療靜脈潰瘍、壓瘡、淋巴水腫和疤痕等疾病時(shí)的一個(gè)重要因素。孩子們會(huì)喜歡帶著會(huì)變色的繃帶，這對(duì)兒科醫(yī)生來說也是個(gè)福音。這種材料能夠制成大面積的薄片，在服裝和運(yùn)動(dòng)裝上的應(yīng)用前景廣闊。馬賽厄斯·科勒說道：“李普曼的材料甚至不允許他生產(chǎn)出一件 Speedo。而現(xiàn)在，我們可以做一條完整的緊身衣了。”
麻省理工學(xué)院的研究小組還發(fā)現(xiàn)，通過在攝影過程中傾斜薄膜的角度，可以投射出隱藏的圖像，從而提供了一種編碼秘密信息的方法。在曝光過程中使用紅光會(huì)形成一層反射紅外線的薄膜，而紅外線對(duì)人類是不可見的。 拉伸生成的薄膜會(huì)將圖像變?yōu)榧t色，從而顯示隱藏的圖像。
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