新型石墨烯涂層一旦發(fā)生破裂將會發(fā)生顏色變化，這將會造福人類工程

德國萊布尼茲聚合物研究所研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種石墨烯涂層，它在變形或者破裂時(shí)可以改變顏色。這種損壞指示器可用于幫助相關(guān)檢查人員了解橋梁，飛機(jī)甚至空間站的修理。

飛機(jī)和橋梁只是人造結(jié)構(gòu)的兩個(gè)例子，似乎可以在沒有預(yù)警的情況下失敗。例如，飛機(jī)和橋梁等設(shè)備都有可能在毫無征兆的情況下突然出現(xiàn)故障。機(jī)翼和其他飛機(jī)部件可能會產(chǎn)生微小的裂紋，當(dāng)受到突然的壓力時(shí)，可能會導(dǎo)致故障。而這些異常通常難以被相關(guān)檢查人員發(fā)現(xiàn)。在這項(xiàng)新的研究中，研究人員已經(jīng)開發(fā)了一種石墨烯涂層，這將使檢查人員更容易發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致故障的微小裂紋。

那么，這種新型的石墨烯涂層是怎樣實(shí)現(xiàn)一遇到破裂情況就會發(fā)生變色反應(yīng)的呢？

一般的人造材料通常是通過顏料來進(jìn)行著色，因?yàn)檫@些顏料能夠吸收一定范圍的波長，也能反射一定的波長。但是，自然界的生物通常是通過特定的，“精心設(shè)計(jì)”的結(jié)構(gòu)來反射，放大或者吸收某些頻率范圍內(nèi)的光。

這樣的顏色又稱為“結(jié)構(gòu)色”（structural colour,又叫做物理色），可變結(jié)構(gòu)色帶來了自然界中生物的色彩變化。例如，昆蟲體壁上有極薄的蠟層，刻點(diǎn)，溝縫或鱗片等細(xì)微結(jié)構(gòu)，使光波發(fā)生折射，漫反射，衍射或干涉而產(chǎn)生的的各種顏色，甲蟲體壁表面的金屬光澤也是典型的結(jié)構(gòu)色。

為了制備類似生物“結(jié)構(gòu)色”的涂層，研究人員使用特殊的沉積方法，石墨烯納米片堆疊出獨(dú)特的“鱗片”結(jié)構(gòu)。通過調(diào)諧精細(xì)的平行多層結(jié)構(gòu)，他們在一個(gè)復(fù)合相間區(qū)域觀察到了石墨烯涂層送紅色，黃色到綠色的可變結(jié)構(gòu)色。

在原生狀態(tài)下，石墨烯涂層呈紅色，但是如果一些因素使石墨烯的平面發(fā)生了內(nèi)凹或者外凸，該涂層將會變成黃色，在破裂的情況下，由于割裂了該涂層臨近薄皮之間的鏈接，它又會變成綠色。這就使人們觀察材料是否手袋損害變得更加容易。

這種顏色的變化過程在顯微鏡下是非常明顯的，精心放置的石墨烯薄片的任何結(jié)構(gòu)變化都會導(dǎo)致其中某些石墨烯薄片的方位發(fā)生變化，這就造成了光在涂層的某些方向（不同于大多數(shù)薄片方向）發(fā)生反射。

研究人員相信，他們制備的涂層或與其類似的產(chǎn)品有一定的工業(yè)應(yīng)用前景。但是，該涂層在揭示材料變形和破裂程度的有效性仍待測試，這種涂層是否能適應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界中惡劣的環(huán)境也尚待研究。