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Advanced Materials:超越视野——仿生红外智能材料
发布时间: 2021-03-23 11:15 | 【 【打印】【关闭】

  光是万物色彩之源,光照亮了世界并给我们带来了生命和希望,没有光就没有这个五彩斑斓的缤纷世界。光的物理本质是一种电磁波,其中,波长在400-760纳米(nm)的部分可以被我们的视觉器官——眼——所接受,并作出视觉反应,通常被称为可见光。色彩是可见光的作用所导致的视觉现象,可见光刺激眼睛后可引起视觉反应,使人感觉到色彩和知觉空间环境。电磁波频率是无限的,而人类视觉系统可探测到的可见光线仅仅是自然界整个电磁波波谱中的九牛一毛。可见光以外的无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线、γ射线等电磁波,虽然我们的眼睛看不到,各个波段都在我们生活中发挥其独特的作用。例如,无线电波用于卫星通信,微波用于快速加热,红外线用于遥控和热成像仪,紫外线用于医用消毒,X射线用于CT照相,γ射线用于治疗等。值得一提的是,非接触式红外测温仪,也就是人们俗称的手持耳温与额温枪,在新冠肺炎疫情防控中发挥着无可替代的重要作用。

  红外线(Infrared)是波长介于可见光与微波(无线电波)之间的电磁波,单位常用微米(μm)表示,范围为0.76-1000 μm,即760 nm到1毫米(mm)之间。红外线按波长可分为近红外(NIR,0.76-1.5 μm),短波红外(SWIR,1.5-3 μm),中红外(MWIR,3–8 μm),长波红外(LWIR,8–15 μm)和远红外(FIR,15–1000 μm)。实际上,通常用于红外测温的一般在0.76微米-14微米的近红外波段。红外光也被称作红外辐射或热辐射,这是由于在绝对零度(-273℃)以上的物体都会辐射红外能量,我们虽然无法看到红外光,却能以热的形式感受它的存在。红外光与我们的生活息息相关,我们每天使用的遥控器常以940 nm红外光发射信号,太阳以红外辐射方式把热量输送到地球,气象卫星利用扫描辐射计获取红外图像以监测大气污染,红外望远镜可帮助我们观察到浩瀚璀璨的银河星球等。

  自然界中,许多生物具有惊人的红外适应(Infrared Adaptation)“超能力”, 它们既能够灵敏感知或吸收外部的红外辐射,也可以随心所欲地调节自身的红外热辐射。例如,“黑暗杀手”响尾蛇,能够迅速感知温血动物的红外热辐射,从而在黑暗中成功猎捕食物;“隐身大师”鱿鱼等头足类动物,可以通过快速响应神经信号,重新排列其真皮层中的色素团与环境匹配,因而具有出色的伪装和隐身能力;生活在撒哈拉沙漠的“降温高手”银蚁,不仅能够在极端炎热的环境中有效地反射太阳光,还可以直接向外太空发散红外热辐射,从而保持自身凉爽并做到不惧酷暑。受自然界生物系统的红外智能响应与调控超能力的启发,近年来研究人员在仿生红外智能材料领域一系列突破性进展,并有望在智能隐身、辐射降温、生物医学和软体机器人等领域获得重要应用。

  

  天津大学封伟教授、王玲教授团队与美国肯特先进材料和液晶研究所李全院士合作,系统总结了仿生红外智能材料的最新研究进展及其在红外隐身、辐射降温和红外光响应材料与器件等领域的潜在应用。文章聚焦红外光与物质的相互作用这一基本科学问题,阐述了材料对红外光的智能调控机理以及近红外光对材料微纳结构的智能调控作用。通过总结红外隐身、辐射降温、近红外光调控智能材料与器件等领域的发展现状,作者提出了对仿生红外智能材料的新思考和未来发展方向。天津大学为本论文第一单位,论文第一作者为天津大学杨佳佳博士,通讯作者为天津大学王玲教授,封伟教授和美国肯特先进材料与液晶研究所李全院士。相关研究获得国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目支持。相关论文在线发表在Advanced Materials上,并被选作期刊封面。 

  论文信息:

  Beyond the Visible: Bioinspired Infrared Adaptive Materials

  Jiajia Yang, Xinfang Zhang, Xuan Zhang, Ling Wang*, Wei Feng* and Quan Li*

  Advanced Materials 

  DOI: 10.1002/adma.202004754

  文章来源: materialsviewschina 

  文章链接:https://www.materialsviewschina.com/2021/03/52976/

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