魔性又Q彈的新材料

在《科學》雜志上，出現了一只詭異的小“蠕蟲”，它一邊扭動前進，還一邊閃著彩燈。

其實，這是康奈爾大學謝潑德（Shepherd）課題組展示的研究成果——一種柔軟的發光新材料。

柔軟、 Q彈，還能發光

柔性材料不光要“能屈能伸”，最好還要有足夠的延展性，被拉伸或揉捏時也不損壞，而且用在機器人身上的柔性材料還要能夠完成一系列任務，比如說作為“人造皮膚”來感知外界的刺激，用發光來傳遞信息等等。

以往，我們已經有了一些柔性材料，比如可以讓顯示屏由直變彎的有機發光二極管（OLED），不過還是有一些不足之處。LED型材料的彈性和延展性還是很低，最好的記錄也只能延伸1.2倍。

柔性LED器件演示（圖片來自wikipedia）

能不能做出一種更柔軟、更有彈性、可拉伸又有功能的新材料呢？這一次，研究者們就設計出了一種特殊的“發光皮膚”材料，而上圖中詭異的“發光蠕蟲”，就是對這種新技術的演示。

這種材料十分Q彈，任人蹂躪也不會損壞，依然可以保持發光穩定。在外力的作用下，研究者們甚至可以把這些柔軟的發光元件拉伸到原來長度的4.8倍，此時，它們還可以繼續發光。

如果把一個個發光元件組合起來，它們還可以組成發光陣列，并且依然表現優異。通過電路的控制，可以很容易地調控發光點陣顯示的圖樣，而且在研究者們的一番揉捏、拉伸、折疊之下，光點依然穩如泰山。

凝膠樹脂“三明治”

這些軟軟的發光元件是怎么做出來的？它其實是用多層材料疊加而成的“三明治”結構，由硅樹脂、聚丙烯酰胺-氯化鋰水凝膠和硫化鋅硅樹脂等組成。

硅樹脂、聚丙烯酰胺-氯化鋰水凝膠和硫化鋅硅樹脂（發光的核心結構）形成的三明治結構（圖片來自原論文）

硅樹脂是一種兼具延展性和透明性的絕緣材料，而摻入硫化鋅還能使它變成發光元件，在交流電場的作用下發出熒光。而聚丙烯酰胺-氯化鋰水凝膠會構成導電夾層，為施加電壓留下了通路。通過對發光成分的調整，還能得到不同的發光顏色：摻入質量分數為0.01％的銅，可以顯出綠色；摻入0.1％的銅，則顯現為藍色；而如果摻入1％的錳，就會顯現出黃色。

越戳光越亮

除了Q彈和發光，這種三明治夾層還有一個特別之處：可以響應外界壓力，并從不同強度的光反映出來。如果用手指戳一下柔性材料，戳得越用力，局部的拉伸程度越大，發光也就會變得越強。

戳一下，材料不僅有優異的延展性，還變得更亮了（圖片來自原論文）

這是由于，在材料伸展時會整體變薄，電容層中的間距會變小。保持電壓不變的情況下，會使電場增強，所以場致發光也會增強。雖然發光夾層的延展會使得其中硫化鋅的密度變低，不過這個影響比較小，因此隨著發光夾層的延展，亮度會隨之提高。

把這些特性綜合起來，就得到了開頭我們看到的那只魔性的“蠕蟲”。研究團隊從上至下依次將4層發光夾層材料和兩層氣動夾層組合在一起，就得到了這條七彩炫光小蠕蟲。通過氣動夾層的充氣放氣，小蟲子蠕動前進，它身上的光亮也隨著充氣程度的變化明暗閃爍。

在目前的研究階段，該材料還存在發光亮度不夠高、使用電壓較大等不足。不過相信隨著技術的改進，這只Q彈的硅樹脂“小蟲”還能在更多領域得到應用。說不定，它將來就會成為機器人們身上的“皮膚”呢。