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一旦形 变就变色的新型石墨烯涂层,有望用 于飞机等设施的故障检测

日期:2017年4月18日 17:28

  德国莱 布尼兹聚合物研究所的研究团队开发出了一种特殊的的石墨烯涂层,这种石 墨烯涂层能够在它变形或破裂时改变颜色,该论文发表在《Material Horizons》上。

  该团队 在论文中描述了这种石墨烯涂层的制备方式,并阐述 了它们的潜在商业价值:用于人 造设备设施的故障检测。

  飞机和 桥梁等设备设施都有可能在毫无征兆的情况下突然出现故障。事实也证明,在故障前,这些涉 及人身安全的设施所出现的异常难以被人察觉。

 
    例如,飞机机 翼和其它飞机部件在受到一定的骤加应力时会产生微裂纹,这些裂 纹也许会导致故障,但是又 难以用肉眼观察出来。莱布尼 兹聚合物研究所的这项研究成果,会让检 测变得更加容易。 那么,这种新 型石墨烯涂层是怎样实现一遇形变或破裂就变色的呢?

    一般的 人造材料通常是通过颜料来着色--这些颜 料能吸收一定范围内的波长,也能反射一定的波长。但是,自然界 中的生物通常是通过特定的、"精心设计"的结构来反射,放大或 吸收某些频率范围内的光。

  这样的颜色又称为"结构色" (structural colour,又称物理色),可变结 构色带来了自然界中生物的色彩变化。例如,昆虫体 壁上有极薄的蜡层、刻点、沟缝或 鳞片等细微结构,使光波发生折射、漫反射、衍射或 干涉而产生的各种颜色,甲虫体 壁表面的金属光泽和闪光也是典型的结构色。


    为了制备类似生物"结构色"的涂层,研究人 员通过使用特殊的沉积方法,使石墨烯纳米片(GNPs)堆叠出独特的"鳞片"结构。通过调 谐精细的平行多层结构,他们在 一个复合相间区域观察到了石墨烯涂层从红色、黄色到 绿色的可变结构色。

    在原生状态下,石墨烯涂层呈红色,但是如 果一些因素使石墨烯的平面发生了内凹或外凸,该涂层将会变成黄色;在破裂的情况下,由于割 裂了该涂层近邻薄片之间的连接,它又会变成绿色。这就使 人们观察材料是否受到损害变得更加容易。

    这种颜 色的变化过程在显微镜下是非常明显的--精心放 置的石墨烯薄片的任何结构变化都会导致其中某些石墨烯薄片的方位发生变化,这就造 成了光在涂层的某些方向(不同于 大多数薄片方向)发生反射。

    研究人员相信,他们制 备的涂层或与其类似的产品有一定的工业应用前景。但是,该涂层 在揭示材料变形和破裂程度的有效性仍待测试,这种涂 层是否能适应现实世界中恶劣的环境也尚未明确。

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