新材料：高スペクトル変色生體認(rèn)証は広い応用見(jiàn)通しがある

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)によると、同校工學(xué)科學(xué)學(xué)院の研究チームは生體模倣思想に基づいて新型の高スペクトル変色材料を開(kāi)発した。この材料は落葉植生の緑色と黃色の間の変色現(xiàn)象を模倣することができ、そして2つの色狀態(tài)の下で植物の葉の太陽(yáng)スペクトル反射特徴を再現(xiàn)することができる。関連研究成果は先日、材料分野の定期刊行物「ミクロ」にオンラインで発表された。

自然界における植物葉の色変化の特徴は葉肉細(xì)胞內(nèi)の色素含有量の変化と関係がある。細(xì)胞內(nèi)の葉緑素含有量が高い場(chǎng)合、他の色の色素を隠し、植物の葉を緑色にする。葉緑素が外界環(huán)境の変化によって分解されると、細(xì)胞內(nèi)のカロチンなどの他の色素の色が現(xiàn)れ、植物の葉が黃色や赤色になる。植物に対する高スペクトル材料は一貫して工學(xué)分野の重點(diǎn)と難點(diǎn)であり、一方で植物葉は獨(dú)特の太陽(yáng)スペクトル反射特徴を持ち、材料は全體の太陽(yáng)スペクトル內(nèi)で葉スペクトル特徴と一致する必要がある、一方、植物の葉の色やスペクトルの特徴は変化し、材料は変色能力を備える必要がある。

研究チームは植物葉の変色メカニズムからインスピレーションを得て、緑色動(dòng)的顔料と黃色靜的顔料を複合した色変化モデルを提案した。この生體模倣思想に基づいて、研究チームは熱変色マイクロカプセル顔料とチタンクロムイエロー顔料を複合し、溶液鋳造膜法を用いてポリビニルアルコールを基材とする変色生體模倣材料を製造した。この生體模倣材料の色変化は、外部溫度刺激を加えることによって切り替えられ、2つの色狀態(tài)は一般的な屋外環(huán)境で安定して存在することができる雙安定特性を有する。

変色現(xiàn)象を?qū)g現(xiàn)する上で、研究チームはさらに粒子系放射線輸送モデル設(shè)計(jì)材料中の顔料粒子の配合比を発展させることによって、葉肉細(xì)胞中の細(xì)胞スタック構(gòu)造の入射放射線に対する散亂過(guò)程を模倣させ、それによって真実の葉と一致する近赤外高反射特徴を形成した、親水性特性を有する基材を用いて空気中の水分を生體材料に吸収させ、植物葉の水吸収谷特性をシミュレーションした。また、生體模倣材料は環(huán)境中の濕度変動(dòng)に伴って水分吸著と脫著を行うことができ、植物葉の水分輸送による溫度調(diào)節(jié)を模倣し、天然葉の赤外線特徴と一致する。

研究者によると、この研究は落葉植生に対する高スペクトル変色生體模倣を?qū)g現(xiàn)し、工學(xué)分野で広い応用の將來(lái)性を持っている。