科学家开发用于显示器和传感器的可调谐彩色薄膜

印度科学研究所（IISc）的研究人员开发出了柔性薄膜，这种薄膜完全凭借其物理结构表现出明亮的颜色，不需要任何颜料。当拉伸时，薄膜表现出对机械变形的颜色变化

为了设计这些薄膜，该团队设计了一种新的成本效益高且可扩展的单步技术，该技术包括蒸发金属镓，在柔性基板上形成纳米颗粒。他们的方法允许响应机械刺激同时制造多种结构颜色

该团队还展示了这些薄膜如何用于各种应用，从智能绷带、运动传感器到反射显示器

仪器与应用物理系助理教授、发表在《自然纳米技术》上的这项研究的通讯作者Tapajyoti Das Gupta说：“这是像镓这样的液态金属首次被用于光子学。”

一些自然物体，如宝石、软体动物的外壳或孔雀的羽毛，天生就是五颜六色的。它们的颜色来自于光与周期性排列的微米或纳米结构的相互作用，如蛋白石中的微小二氧化硅球体、软体动物外壳中的碳酸钙基血小板，以及孔雀羽毛中圆柱形结构顶部的分段带状物

受自然启发的结构彩色材料在显示器、可穿戴电子产品、视觉传感器和防伪标签中有着广泛的应用。近年来，科学家们一直在尝试设计能够响应外部机械刺激而改变颜色的材料

IISc团队开始对镓进行实验，但由于其高表面张力阻碍了纳米颗粒的形成，因此尚未对其进行此类应用的探索。镓在室温下是一种液态金属，其纳米颗粒已被证明与电磁辐射有很强的相互作用

该团队开发的工艺通过巧妙地利用一种称为聚二甲基硅氧烷（PDMS）的生物相容性聚合物的基质的特性，实现了克服表面张力障碍制造镓纳米颗粒的壮举

当基底被拉伸时，研究人员注意到了一些不寻常的东西。材料开始根据应变显示不同的颜色。研究人员推测，沉积的镓纳米颗粒阵列以特定的方式与光相互作用，产生颜色

为了了解基质在颜色生成中的作用，该团队开发了一个数学模型

PDMS是一种通过混合两种类似液体的成分制成的聚合物&mdash；低聚物和交联剂&mdash；它们相互反应形成固体聚合物。研究人员发现，低聚物的未反应部分仍处于液态，在稳定基底上镓纳米颗粒的形成方面发挥了至关重要的作用

当该基底被拉伸时，液体状低聚物渗入纳米颗粒之间的间隙，改变间隙大小及其与光的相互作用，导致观察到的着色变化。实验室进行的实验证实了该模型的预测。通过调整低聚物含量与交联剂的比例，研究人员获得了各种颜色

IAP博士生、主要作者Renu Raman Sahu表示：“我们表明，PDMS基底不仅保持了结构，而且在决定镓纳米颗粒的结构和由此产生的着色方面发挥着积极作用。”。即使经过80000次拉伸循环，该材料也能显示出可重复的颜色变化，表明其可靠性

用于制造这种材料的传统技术，如光刻，涉及许多步骤，并且放大成本很高。为了避免这种情况，该团队设计了一种单步物理气相沉积技术，将液态镓金属蒸发并沉积在PDMS基板上。这使他们能够制造出柔性的、结构上彩色的薄膜，尺寸约为手掌的一半

这种薄膜有各种可能的应用。该团队展示了一个这样的应用：身体运动传感器。当一条薄膜贴在手指上时，当手指弯曲时，它会改变颜色，有助于实时感知运动

Sahu说：“在未来，这些材料也可以用于能源收集应用。”