該技術的潛在的應用包括壓力監測繃帶，遮光織物等。

你知道嗎，蝴蝶翅膀或甲殼蟲外殼中明亮的彩虹色不是來源于任何色素分子，而是來自翅膀的結構 —— 這是物理學家所說的“光子晶體”的一個自然存在的例子。現在，科學家可以在實驗室中制造自己的結構彩色材料，但在不犧牲光學精度的情況下，將該過程擴大到商業應用將是一項挑戰。

現在，麻省理工學院的科學家們采用了一種19世紀的全息攝影技術，開發出了一種變色龍般的薄膜，這種薄膜在拉伸時可以改變顏色。該方法在保持納米級光學精度的同時，還可以很容易地進行縮放。他們在《自然材料》雜志上發表的一篇新論文中描述了他們的這項工作。

在自然界中，甲殼素（昆蟲常見的一種多糖）的鱗片像屋頂的瓦片一樣排列。本質上，它們形成了衍射光柵，只不過光子晶體只產生特定顏色或波長的光，而衍射光柵會產生整個光譜，就像棱鏡一樣。光子晶體也被稱為光子帶隙材料，它是“可調諧的”，這意味著它們可以精確地阻止某些波長的光，同時讓其他波長的光通過。通過改變“瓦片（鱗片）”的大小來改變結構，晶體就會對不同的波長變得敏感。

創造像自然界中發現的結構顏色是材料研究的一個活躍領域。例如，光學傳感和視覺通信應用將受益于結構著色材料，這種材料可以根據機械刺激改變色調。制造這種材料有幾種技術，但沒有一種方法既能在所需的小尺度上控制結構，又能在實驗室設置之外擴大規模。

后來，該論文的合著者、麻省理工學院的研究生本杰明·米勒（Benjamin Miller）在麻省理工學院博物館發現了一個關于全息攝影的展覽，并意識到制作全息攝影在某些方面與自然界產生結構色彩的方式相似。他深入研究了全息攝影術的歷史，了解了物理學家加布里埃爾·李普曼（Gabriel Lippmann）在19世紀末發明的彩色攝影技術。

上圖：加布里埃爾·李普曼在索邦大學實驗室從事物理學研究。

1886年，物理學家加布里埃爾·李普曼開始對開發一種將太陽光譜的顏色固定在照相底片上的方法感興趣，“這樣圖像就可以保持固定，在日光下也不會變質。”他在1891年實現了這一目標，創作了一幅彩色玻璃窗、一碗橘子和一只彩色鸚鵡的彩色圖像，以及風景畫和肖像畫 —— 包括一幅自畫像。

李普曼的彩色攝影過程包括像往常一樣將光學圖像投射到感光板上。投影是通過玻璃板完成的，玻璃板的另一面涂有非常細的鹵化銀顆粒的透明乳劑。還有一個與乳劑接觸的液態汞反射鏡，因此投射的光穿過乳劑，擊中鏡子，并被反射回乳劑中。

由此產生的光干涉圖案在不同深度曝光乳劑，基本上將乳劑編碼在該干涉圖案中。曝光幾分鐘后，將板從液態汞中取出并進行處理。

為了便于觀看，成品板會被倒置，并在表面附著一個棱鏡，通常使用加拿大香脂粘合劑。然后，用白光從前面以垂直的角度照亮板子。在平板上任何一點，只要產生薄板的光的波長與入射光的波長相匹配，光線就會被反射向觀看者。其他波長會被銀粒吸收或散射，或者直接穿過乳劑，被平板背面的黑色防反射涂層吸收。

但是，李普曼的方法從未在商業上流行起來，主要是因為它需要很長的曝光時間，而且沒有辦法制作彩色印刷品。幸運的是，全息材料（由光敏分子組成，在光照射下交聯形成彩色鏡子）自李普曼的時代以來已經取得了長足的進步。該項目的合著者馬賽厄斯·科勒（Mathias Kolle）說：“這些現代全息材料的化學反應非常靈敏，只需一臺投影儀，就可以在短時間內完成這項技術。”

該團隊將一種商業彈性光敏聚合物放在鋁板上，并使用標準的現成投影儀將各種圖像投射到樣品上。制作大型、細節生動的彩色圖像需要幾分鐘時間。然后，他們剝下全息薄膜并將其粘在黑色彈性硅膠襯底上。

當他們拉伸薄膜時，由于薄膜的拉伸和變薄導致納米級結構重新配置，反射了略有不同的波長，顏色就發生了變化。薄膜在最薄的地方保持紅色，在較厚的地方變成藍色。此外，將草莓、硬幣或手指等東西壓入紅色薄膜中，會留下細致的綠色印記。

本杰明·米勒表示：“現在，我們已經掃清了這個擴展障礙，我們可以探索這樣的問題：我們可以使用這種材料來制造具有類似人類觸覺的機器人皮膚嗎？我們可以為虛擬增強現實或醫療培訓等創建觸摸傳感設備嗎？我們現在看到的是一個很大的領域。”

實際上，這些變色薄膜是制作繃帶的理想材料，可以根據壓力改變顏色，讓醫務人員知道他們是否包扎得太緊了 —— 這是治療靜脈潰瘍、壓瘡、淋巴水腫和疤痕等疾病時的一個重要因素。孩子們會喜歡帶著會變色的繃帶，這對兒科醫生來說也是個福音。這種材料能夠制成大面積的薄片，在服裝和運動裝上的應用前景廣闊。馬賽厄斯·科勒說道：“李普曼的材料甚至不允許他生產出一件 Speedo。而現在，我們可以做一條完整的緊身衣了。”

麻省理工學院的研究小組還發現，通過在攝影過程中傾斜薄膜的角度，可以投射出隱藏的圖像，從而提供了一種編碼秘密信息的方法。在曝光過程中使用紅光會形成一層反射紅外線的薄膜，而紅外線對人類是不可見的。 拉伸生成的薄膜會將圖像變為紅色，從而顯示隱藏的圖像。

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