透過外力產生顏色變化之無機奈米薄片構造色凝膠

 

刊登日期:2021/4/12
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日本福岡工業大學利用厚度約100萬分之1 mm之無機奈米薄片的凝集體,開發出能檢知強度而產生顏色變化的新素材「無機奈米薄片構造色凝膠」。

蝴蝶鱗粉、孔雀羽毛、蛋白石的色澤原本都是無色的物質,但藉由特別構造的形成,觸及表面的光線會因為各角度反射而產生鮮豔的顏色。此原理的發色被稱之為「構造色(Structural Color)」,且與染料不同,具有耐久性,會隨著構造改變而產生色調變化等許多優點。目前也有許多利用球狀二氧化矽粒子模仿自然界構造的研究。在天然礦物等無機物質之中有以層狀結晶狀態存在的物質,福岡工業大學即將此類層狀結晶予以剝離、分離,處理成約100萬分之1 mm的「無機奈米薄片」的凝集體,製作出新型構造色材料「無機奈米薄片構造色凝膠」。

「無機奈米薄片構造色凝膠」係為固定化於高分子凝膠之中,整體是以奈米薄片厚度數百倍的間隔形成規則性排列的特殊構造。雖然在溶液狀態下形成此固定化特殊構造,且要不被破壞是非常的困難,但研究團隊透過合成條件等的不斷試誤,實現了世界首例研究成果。當「無機奈米薄片構造色凝膠」檢知到1 kPa(約為壓碎豆腐力道的10分之1)的微弱力量時,反應速度為1,000分之1秒以下,由此可知不論物體的哪個部位接收到多少壓力,將可從即時性的色調變化上得知。

「無機奈米薄片構造色凝膠」為無機物,因此具有耐久性,且與其他材料相較之下,薄片狀的比表面積大,與高分子凝膠在強力相互作用之下混合,實現了高強度。由於同時具有柔軟性與強度(壓縮破壞強度3 MPa),將可望利用於可提出荷重破壞前警示的表示裝置用途。此外,「無機奈米薄片構造色凝膠」與油墨或染料不同,對於紫外線造成的褪色具有耐性,可利用於不褪色裝飾品的用途,實現既有材料無法達成的低成本、高強度、高耐久性等特點。此次使用的奈米薄片為層狀鈣鈦礦等物質所組成,因此亦可望更進一步適用於檢測特定化學物質等用途上。


資料來源: https://www.fit.ac.jp/news/archives/3369
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