[논문] 폴리머로 색이 변하는 ‘트랜스포머’ 만드는 법

모양과 색깔의 변화는 많은 동물의 주요 생존 특성입니다. 카멜레온은 포식자로부터 숨기 위해, 자신의 기분을 반영하기 위해, 심지어 자신의 영토를 방어하기 위해 몸을 바꿀 수 있는 반면, 일부 부드러운 몸의 동물과 같은 문어, 오징어, 오징어는 신호를 보내거나 위장하기 위해 색깔과 모양을 모두 바꿀 수 있습니다.

인공 고분자 재료를 사용하여 이러한 기능을 모방하는 것은 감지, 소프트 로봇 공학, 패션 및 예술 산업에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 그녀의 연구 기간 동안 Ph.D. Pei Zhang 후보는 고분자 재료에서 놀라운 색상 변화 및 형태 변형 능력을 실현했습니다.

그녀의 박사 과정의 일환으로. 연구, Pei Zhang이 개발했습니다. 소위 액정 엘라스토머 제조를 위한 다양한 기술또는 줄여서 LCE는 카멜레온 및 문어와 같은 동물에서 볼 수 있는 것과 유사한 구조적 색상 변화와 모양 변형 특성을 모두 나타냅니다.

“그만큼 동물의 왕국 Zhang은 놀라운 능력, 특히 색과 모양을 바꾸는 능력을 가진 종들로 가득 차 있다고 말합니다. “자연은 우리에게 색과 모양을 바꾸는 능력을 보여주었습니다. 모양 변화 가능하기 때문에 우리는 동료들과 함께 실험실의 고분자 재료에서 이러한 능력 중 일부를 복제하는 다양한 방법을 개발했습니다.”

Zhang과 동료들이 개발한 LCE는 온도 변화, 스트레칭을 통한 기계적 변형, 조명 변화 등 다양한 외부 자극에 반응합니다.

코팅

연구를 위해 Zhang은 온도 반응성 콜레스테릭 LCE 코팅을 제작하고 이러한 코팅에 구조적 색상 패턴을 만들었습니다. 구조적 색상은 빛을 반사하는 재료의 주기적인 구조에서 비롯됩니다. 이 효과를 얻기 위해 안료를 첨가하지 않았습니다.

LCE 코팅 위에 또 다른 연질 폴리머 캐리어 층을 배치함으로써 이러한 콜레스테릭 LCE 박막을 수동으로 늘릴 수 있습니다. 연신 시 이러한 필름은 다음과 같은 현상을 나타냅니다. 색상 변경 주황색에서 파란색으로.

패턴의 구조적 색상은 필름을 펴지 않았을 때 근적외선 스펙트럼을 반사하도록 준비됩니다. 이는 구조적 색상이 사람의 눈에 보이지 않음을 의미합니다. 재료가 늘어나면 사전 프로그래밍된 패턴만 나타나며, 이에 따라 반사된 빛의 파장이 가시 스펙트럼으로 이동하고 패턴이 보이게 됩니다. 이 과정은 기계적 변색성(mechanochromism)으로 알려져 있습니다.

이 놀라운 소재는 기판의 변형을 감지하기 위해 기계적 변색 스티커로 적용할 때 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 예를 들어, 직접적인 시각적 피드백을 제공하므로 상처에 가해지는 압력을 모니터링하는 의료용 섬유 애플리케이션은 물론 건물의 안전 상태를 모니터링하기 위한 천장과 창문에도 적합합니다.

Zhang은 또한 가열하면 녹색에서 빨간색으로 색이 변하고 근적외선에 노출되면 몸 모양이 변하는 3D 모양의 ‘딱정벌레’와 3D 모양의 ‘갑오징어’도 만들었습니다.

“특정 딱정벌레는 몸 색깔을 바꾸는 놀라운 능력을 보이며 인공 고분자 물질에서 이 현상을 재현할 수 있는 가능성을 입증했습니다”라고 Zhang은 말합니다. “실험실에서 3D ‘딱정벌레’를 생성함으로써 나는 이러한 색상 변경 능력이 실제로 모방될 수 있음을 보여주었습니다. 특히 나의 ‘딱정벌레’는 색상을 변경할 수 있는 능력도 보유함으로써 원래 개념을 능가합니다. 체형. 또한 다양한 연체 동물에서 관찰되는 모양과 색상 적응을 모두 모방하기 위해 3D ‘갑오징어’를 제작했습니다.”

Zhang의 작업에서 구조적으로 착색된 LCE를 제작하는 데 사용된 방법은 기능성 제품의 설계 및 생산을 위한 다목적 도구 상자의 기초를 형성합니다. 고분자 재료.

향후 방향

이러한 재료의 향후 사용 측면에서 Zhang은 많은 포부를 갖고 있습니다.

“내가 개발한 물질이 다음 분야에 사용될 수는 있지만 소프트 로봇 공학 스마트 직물의 스트레인 센서로서 상당한 가능성을 갖고 있으므로 인간-컴퓨터 상호 작용 분야에서 이러한 재료의 심리적, 미학적 측면이 탐구되는 것을 보고 싶습니다.”라고 연구원은 말합니다.

“이는 제품에 더 많은 시각적 상호작용성을 추가하여 제품에 대한 사용자 경험과 접근성을 향상시킬 수 있습니다. 더욱이 이러한 재료를 패션 산업에 통합하는 것은 착용자의 외모에 따라 반응하는 주얼리를 제작하는 것과 같은 또 다른 흥미로운 기회입니다. 요구 사항.”