【智能液晶高分子薄膜会变色、有记忆、能自愈】科技日报:前主流的变色材料主要由无机分子或者可变色的染料分子构成。天津大学封伟教授团队用高分子制备出一种厚度只有200微米,具有变色、记忆和自愈合功能的智能变色液晶高分子薄膜,这种薄膜在多个领域展现出应用前景。

新买的包包可以随意变换颜色,不小心刮破的衣服能像皮肤一样愈合……这些似乎只在科幻电影里出现过的场景,如今已逐渐成为现实。

日前,天津大学封伟教授团队成功研发了一种新型智能材料——智能变色液晶高分子薄膜(以下简称薄膜)。这种新材料不仅能变色,还有形状记忆和自愈合功能。相关研究被选为封面文章刊发在国际期刊《德国应用化学》上。

通过液晶分子周期排列实现材料变色

在神奇的自然界中,许多生物经过亿万年的自然选择和进化,逐渐演变出自适应变色伪装能力,以便能随时躲避天敌。

比如变色龙就能够通过主动控制细胞层内部的纳米晶体排列结构,根据周围环境实现自身颜色的变化,达到与背景颜色匹配的目的。

研究发现,变色龙处于平静状态时,其细胞层内部的纳米晶体的排列是紧密的,可以特异性地反射短波长的可见光;而面临紧急情况时,变色龙就会通过机械力作用,主动控制晶体的疏密程度,使晶体的排列变得更加松散,选择性反射波长更长的光。

“这些生物体独特的表皮微纳光学结构及其自主动态变色的机制,为我们开发新型仿生智能变色材料提供了丰富的灵感。”天津大学材料学院高分子系教授封伟说。

近年来,国内外研究团队在仿生变色龙的智能变色材料方面取得了一系列重要进展。胆甾相液晶等手性液晶材料是一类具有周期性螺旋超结构的手性软光子晶体,不仅能选择性地反射不同波长的可见光,还能够灵敏地响应力、热、电、光、磁等环境刺激变化,呈现出结构色的动态变化。

封伟团队在此基础上,将动态共价键分子与液晶单体混合,通过溶剂挥发的方法使液晶单体分子自组装成周期排列的胆甾相液晶结构,最后通过光照聚合得到一种厚度只有200微米,具有拉伸变色、形状记忆功能和自愈合功能的液晶高分子薄膜。当前主流的变色材料主要由无机分子或者可变色的染料分子构成,通过有机高分子构筑的变色材料比较少见。

“根据布拉格反射公式,材料的反射波长与材料的微观结构排列周期是正相关的,光照到材料上时,只有特定波长的光能从材料中反射出来形成颜色,这种颜色俗称结构色。”封伟介绍,与染料的颜色不同,这种结构色会更加鲜艳、更加稳定。

薄膜内部的液晶分子是周期排列的。在拉伸薄膜时,材料内部液晶分子的排列周期会变短,因此会导致反射出来的颜色发生变化,这一变色机理与变色龙皮肤颜色的变化机理类似,薄膜的结构色可在可见光谱范围内进行动态调节。

引入动态共价键让薄膜有记忆能愈合

团队还将动态共价键分子引入液晶高分子中,使得薄膜具有形状记忆功能和自愈合功能。

“薄膜还拥有‘记忆编程’的特性,可以被拉伸成螺旋形、波形、圆柱形和更复杂的二维或三维形状并保持不变,当薄膜加热到相变温度以上后,又能恢复到最初的形状。”封伟解释说,这是因为加热激活了动态共价键发生键交换反应,使液晶高分子在网状结构内部形成新的拓扑结构。利用这种特性,他们通过反复将材料加热到100℃和冷却到25℃,让材料实现了在三维形状与二维形状之间以及不同颜色之间的可逆转换。

此外,因为在高分子网络中加入的动态共价键,遇到水分子后会发生断裂,水挥发后,动态共价键又会进行重组恢复初始状态,这样薄膜就拥有了自愈合的能力。

这种薄膜的自愈能力十分惊人,而且自愈后仍然非常结实。团队将薄膜切成两部分后,在损伤界面滴加水后,室温下放置24小时,分开的两部分会自动愈合,愈合后的薄膜被拉伸到原始长度的180%也不会断裂,并能承受自身1000倍的重量。

这项研究为制备兼具力致变色、形状可编程和高效自愈合等特性的液晶高分子材料提供了一种既简单又通用的方法,有望为开发仿生变色伪装材料、自适应光学系统和软体机器人等开辟新的方向。

媲美变色龙皮肤的“超级材料”用途广

经过几十年的研究与发展,智能变色材料的应用已经拓展到日常生活各个领域。比如,美国一家公司曾将热致变色性涂料用在陶瓷杯上,室温时陶瓷杯上的夜景,在倒入热水后会变换成日间景象,通过图案的变化就能知道杯子内水的冷热情况。

“具有结构色的材料已经在生活中有广泛应用。”封伟举例说,在轮胎边缘加入合适的变色高分子材料能制成智能轮胎,当外界温度或内部温度超过轮胎的正常使用温度时,智能轮胎会变色以示警告;变色高分子材料还可用于制作变色车窗玻璃、变色油漆,尤其是变色车窗是近十几年发达国家竞相研究的重要课题,目前,已有电致变色的调光玻璃应用的报道,而光致变色和热致变色的智能车窗玻璃还在进一步研制之中。

智能变色材料还可以做成能指示冷热的智能用品,例如将智能变色涂料镀膜在木材、金属、陶瓷等基材上,可做成能指示冷热用的变色茶杯和婴儿用的汤勺、奶瓶等。

另外,可变色的圆珠笔油、变色指甲油、变色儿童玩具、热敏体温计等产品都已经问世,这些产品极大地丰富了人们的生活。

防伪技术的研究历来就是一个受到普遍关注的课题,迄今为止,防伪领域所采用的方法多为激光防伪,使用设备昂贵,造价高。“而基于智能变色高分子材料的防伪方法具有操作简单、识别方便、成本低等特点,在技术保密性和防伪有效性等方面都有较大的优势。”封伟说。

目前,化学防伪标记一般直接印刷在商标、标签、封签或外包装上,因此制作化学防伪标记的关键是制备防伪印刷油墨,制备这种油墨的变色材料需要耐久性好、成本低,其变色发生的温度及变化的颜色要具有可选择性,因此智能变色材料也是化学防伪标记的首选材料。

将智能变色材料涂在织物上还可以做成变色服装,这种衣服穿在身上,会随着季节不同、地区不同、温度不同而呈现出不同的色彩。这种智能变色材料同样也可以用于桌布、窗帘等各种变色纺织品的生产。

“未来我们计划制备出仿变色龙皮肤的变色伪装材料,使材料的颜色能够与背景环境的颜色相匹配,实现变色伪装的目的。”封伟说。

此外,很多高分子材料如橡胶、塑料、涂料、纤维等都是重要的工业材料,每年磨损消耗巨大,而让这些材料拥有自愈合的能力,就可以提高它们的使用寿命,从而产生巨大的经济和社会效益。

不仅如此,我们生活中的很多高分子材料如塑料、橡胶等在长时间使用后会破损,如果这些材料能够自愈合,那么它们就会有更长的使用寿命,有利于减少环境污染和资源浪费。

“不过目前这种智能变色液晶高分子薄膜还处于实验室研究阶段,没有实现工业化生产。”封伟介绍,这是因为在制备方法上现在还有很多技术不成熟,如何精确控制液晶单体分子自组装,实现大面积、均匀的、明亮的结构色,这些仍是目前面临的难点。

【湘潭报告1例新冠肺炎确诊病例,永州疾控发布防控提醒!】3月12日0—24时,31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团报告新增本土确诊病例1807例(吉林1412例、山东175例、广东62例、陕西39例、河北33例、江苏23例、天津17例、浙江15例、重庆8例、北京6例、甘肃5例、黑龙江3例、贵州2例、云南2例、内蒙古1例、辽宁1例、上海1例、河南1例、湖南1例;含114例由无症状感染者转为确诊病例,其中山东111例、北京1例、浙江1例、河南1例)、无症状感染者1315例(吉林744例、广东194例、山东172例、上海64例、河北40例、甘肃36例、云南20例、江苏19例、天津9例、广西9例、陕西4例、辽宁2例、北京1例、重庆1例),无新增本土疑似病例,其中重庆、贵州、湖南(湘潭)为新增地区。

  3月12日15:15,湖南省湘潭市第一人民医院一名外省返潭人员核酸检测初筛阳性;19:30湘潭市疾病预防控制中心复核阳性。经湘潭市级专家组会诊,诊断为新冠肺炎确诊病例(轻型),目前已转运至湘潭市中心医院公共卫生临床中心隔离治疗。湘潭市、区两级已第一时间启动应急响应,迅速开展流调溯源、排查管控、核酸检测、现场处置等工作,并对感染者居住及其他所涉及活动场所开展环境检测和终末消毒。

  目前国内总体疫情呈现点多、面广、频发,德尔塔和奥密克戎变异株叠加流行的特点,形势十分严峻。为保障全市人民生命健康安全,严防疫情输入,永州市疾控中心紧急提醒如下:

  一、主动报备行程。所有外省入永、返永人员均应在抵永后第一时间进行报备,特别是近21天有境外旅居史、近14天有高中风险区及其所在县(市、区)、封控区、管控区旅居史(详见下表)、与感染者轨迹有重合交集、健康码为“红码”或“黄码”、行程卡显示近14天内到达或途径的城市名称标有“*”星号、有直接接触入境人员、物品、环境的高风险岗位人员以及集中隔离场所、定点医疗机构、发热门诊、进口冷链食品相关企业等风险岗位的入(返)永人员,均可通过扫描“永防码”或进入“永州发布”微信公众号入口进行线上自主申报小程序报备,也可选择通过电话、委托亲人朋友同事等方式向目的地所在社区(村)、工作单位或所住酒店报备,按要求配合做好各项防控工作。对于不报、瞒报、谎报涉疫信息或不配合防疫工作的,将依法追究相关单位和个人的责任。

  二、关注健康码和行程卡。健康码不是实施防疫医学措施的唯一依据,绿码并不代表没有感染风险。各地有权根据流行病学调查情况,依法依规采取防疫服务措施。一旦发现自己健康码、行程卡有与风险程度不匹配的情况,可按照属地管理原则,向目前所在地的社区、村委会或县(市、区)疾病预防控制中心咨询或申诉。当地社区或县(市、区)疾病预防控制中心将对此进行流行病学调查,并依据调查结果和个人承诺,对健康码与风险等级不符者或已完成防疫健康措施者,进行健康码转码或解码。

  三、主动开展核酸检测。有本土核酸阳性感染者(含无症状感染者)报告省份或自陆路边境口岸县(市、区)的来(返)永人员需持48小时内核酸检测阴性证明入永,抵永后24时之内再进行一次核酸检测,并自我健康监测14天。暂定于2022年3月15日前,没有本土核酸阳性感染者(无症状感染者)报告省份的来(返)永人员也需持48小时内核酸检测阴性证明入永,并自我健康监测14天。因紧急事项入永者,可在抵永后就近落地核酸采样。等待核酸检测结果期间,无高、中风险流行病学史且非红黄码、无发热、咳嗽等急性呼吸道感染临床症状的人员,可做好个人防护出行。

  四、合理安排出行。建议非必要不出境、不离省。建议不要前往高风险地区及所在地市、中风险地区及所在县(区市)和陆地边境口岸城市。暂定于2022年3月15日前,确需出境、出省的,出行前,建议提前向所在社区(村)和工作单位咨询出行防疫措施或在国务院客户端或小程序上查看全国中高风险地区以及各地最新防疫政策,做好有关准备。旅途中提高警惕,全程落实佩戴口罩、保持社交距离、注意手卫生等个人防护措施,不要前往密闭场所、人群聚集场所;前往旅游景区前先预约,避开人流高峰期,听从景区疫情防控要求,配合健康码查验,尽量使用线上扫码支付;尽量选择直达的火车、高铁、飞机等交通方式,减少中转,避免途经中高风险地区,不要在包括有中高风险地区的火车站、机场等住宿和超出中转时间外的停留。路途中备足口罩、免洗手消毒液、消毒湿巾等防疫用品。返永后,主动向所在社区(村)和工作单位报告相关情况,配合做好各项防控措施。

  五、做好个人防护。科学规范佩戴口罩(尤其是在乘坐公共交通工具和在公共场所活动时)、勤洗手、常通风、不聚集、保持“一米线”。咳嗽、打喷嚏时,注意用肘部或纸巾遮掩,不随地吐痰,时刻保持良好的个人防护意识。

  六、加强健康监测。密切关注自己、家人及假期同行人员健康状况。一旦出现发热、咳嗽、腹泻、乏力等症状,立即佩戴口罩前往附近医疗机构的发热门诊就诊,途中避免乘坐公共交通工具,就诊时如实报告相关旅居史和接触史。

  七、严格交通出行防控。机场、公路、铁路、港口码头等交通站场要落实体温检测、亮码、戴口罩、严禁红黄码人员搭乘等防控要求,加强人流引导,避免人员集聚;城市公共交通、出租车、网约车严格落实戴口罩、通风消毒等防控措施,并做好个人防护。

  八、强化重点场所防控并主动扫“场所码”。树立“每个人都是自己健康第一责任人”的理念,进入公共场所配合扫防疫“场所码”,为疫情的管控工作提供数据支撑,实现精准防控。全市各类公共场所严格落实体温检测、亮码、戴口罩等防控措施,景区景点、餐饮单位、室内公共场所、密闭场所落实限量、预约、错峰要求,严格控制瞬时流量。

  九、积极接种疫苗。接种新冠病毒疫苗是预防控制新冠肺炎最经济、最有效的手段,更是每一位公民应尽的责任和义务,符合接种及强化接种条件的居民朋友,请及早就近、就地主动接种疫苗。

  十、健康码咨询和申诉渠道。按属地管理原则,各县市区负责本地户籍人员、在本地工作或驻留的非湖南籍人员(含港、澳、台籍,外籍)的咨询、申诉以及经流行病学调查符合要求的异常码转码解码工作。https://t.cn/A66VbAiC

【3月9日全国本土新增“402+435”,永州市疾控中心发布紧急提醒】3月9日0—24时,31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团报告新增本土确诊病例402例(吉林165例、山东66例、甘肃66例、陕西21例、天津19例、广东17例、江苏13例、河北10例、北京4例、辽宁4例、上海4例、内蒙古3例、浙江3例、云南3例、山西2例、河南2例;含10例由无症状感染者转为确诊病例,其中辽宁3例、山东3例、山西2例、吉林1例、云南1例);报告无症状感染者435例(吉林179例、山东112例、上海76例、云南22例、甘肃11例、黑龙江9例、河北5例、江苏5例、广东5例、天津2例、辽宁2例、安徽2例、河南2例、北京1例、广西1例、青海1例),无新增本土疑似病例。

  自3月6日新增数达523例后,已连续4天超过500例,昨日国内本土单日净新增数达827例,再创常态化防控以来新高!国内总体疫情呈现点多、面广、频发,德尔塔和奥密克戎变异株叠加流行的特点,形势十分严峻。为保障全市人民生命健康安全,严防疫情输入,永州市疾控中心紧急提醒如下:

  一、主动报备行程。请有以下时间段和地区旅居史(见下表),特别是与确诊病例活动轨迹有交集或期间到过封控区、管控区的来(返)永人员,14天内到过中高风险地区所在地市或者近期有本土病例发生但暂未划定高中风险区所在县区的来(返)永人员,可通过扫描“永防码”或进入“永州发布”微信公众号入口进行线上自主申报小程序报备,也可选择通过电话、委托亲人朋友同事等方式向目的地所在社区(村)、工作单位或所住酒店报备,按要求配合做好各项防控工作。对于不报、瞒报、谎报涉疫信息或不配合防疫工作的,将依法追究相关单位和个人的责任。

  二、关注健康码和行程卡。健康码不是实施防疫医学措施的唯一依据,绿码并不代表没有感染风险。各地有权根据流行病学调查情况,依法依规采取防疫服务措施。一旦发现自己健康码、行程卡有与风险程度不匹配的情况,可按照属地管理原则,向目前所在地、的社区、村委会或县(市、区)疾病预防控制中心咨询或申诉。当地社区或县(市、区)疾病预防控制中心将对此进行流行病学调查,并依据调查结果和个人承诺,对健康码与风险等级不符者或已完成防疫健康措施者,进行健康码转码或解码。

  三、主动开展核酸检测。有本土核酸阳性感染者(含无症状感染者)报告省份或自陆路边境口岸县(市、区)的来(返)永人员需持48小时内核酸检测阴性证明入永,抵永后24时之内再进行一次核酸检测,并自我健康监测14天。暂定于2022年3月15日前,没有本土核酸阳性感染者(无症状感染者)报告省份的来(返)永人员也需持48小时内核酸检测阴性证明入永,并自我健康监测14天。因紧急事项入永者,可在抵永后就近落地核酸采样。等待核酸检测结果期间,无高、中风险流行病学史且非红黄码、无发热、咳嗽等急性呼吸道感染临床症状的人员,可做好个人防护出行。

  四、合理安排出行。建议非必要不出境、不离省。建议不要前往高风险地区及所在地市、中风险地区及所在县(区市)和陆地边境口岸城市。暂定于2022年3月15日前,确需出境、出省的,出行前,建议提前向所在社区(村)和工作单位咨询出行防疫措施或在国务院客户端或小程序上查看全国中高风险地区以及各地最新防疫政策,做好有关准备。旅途中提高警惕,全程落实佩戴口罩、保持社交距离、注意手卫生等个人防护措施,不要前往密闭场所、人群聚集场所;前往旅游景区前先预约,避开人流高峰期,听从景区疫情防控要求,配合健康码查验,尽量使用线上扫码支付;尽量选择直达的火车、高铁、飞机等交通方式,减少中转,避免途经中高风险地区,不要在包括有中高风险地区的火车站、机场等住宿和超出中转时间外的停留。路途中备足口罩、免洗手消毒液、消毒湿巾等防疫用品。返永后,主动向所在社区(村)和工作单位报告相关情况,配合做好各项防控措施。

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  六、加强健康监测。密切关注自己、家人及假期同行人员健康状况。一旦出现发热、咳嗽、腹泻、乏力等症状,立即佩戴口罩前往附近医疗机构的发热门诊就诊,途中避免乘坐公共交通工具,就诊时如实报告相关旅居史和接触史。

  七、严格交通出行防控。机场、公路、铁路、港口码头等交通站场要落实体温检测、亮码、戴口罩、严禁红黄码人员搭乘等防控要求,加强人流引导,避免人员集聚;城市公共交通、出租车、网约车严格落实戴口罩、通风消毒等防控措施,并做好个人防护。

  八、强化重点场所防控并主动扫“场所码”。树立“每个人都是自己健康第一责任人”的理念,进入公共场所配合扫防疫“场所码”,为疫情的管控工作提供数据支撑,实现精准防控。全市各类公共场所严格落实体温检测、亮码、戴口罩等防控措施,景区景点、餐饮单位、室内公共场所、密闭场所落实限量、预约、错峰要求,严格控制瞬时流量。

  九、积极接种疫苗。接种新冠病毒疫苗是预防控制新冠肺炎最经济、最有效的手段,更是每一位公民应尽的责任和义务,符合接种及强化接种条件的居民朋友,请及早就近、就地主动接种疫苗。

  十、健康码咨询和申诉渠道。按属地管理原则,各县市区负责本地户籍人员、在本地工作或驻留的非湖南籍人员(含港、澳、台籍,外籍)的咨询、申诉以及经流行病学调查符合要求的异常码转码解码工作。
#北京3月10日新增5例确诊2例无症状##广东新增本土确诊11例无症状167例# https://t.cn/A66qoxvg


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