百年纺织之十三：变色龙
2023年11月6日 星期一

     “变色龙”面料也即智能变色面料，犹如“变色龙”一样随时有外观颜色的变化。“变色龙”是通过改变皮肤细胞内的纳米晶体结构来改变光线折射，从而实现颜色的变化。起初研究者通过模仿变色龙变色制作出纺织品，以提高军队作战时的隐蔽性，便于更好地进行军事作战。智能变色面料是受到光源、温度等外界环境因素刺激后，颜色发生可逆性变化，形成色彩多变的视觉效果。
       智能变色面料不是纺织学科一家能解决的问题，还包括物理、化学、材料学等多个学科领域。由于智能变色面料有很广泛和重要的应用背景，该领域引起多学科学者的关注。为了让公众能知晓该领域目前的发展状态，Heloisa Ramlow特意做了很全面的总结[1]。

       变色纺织品包括光致变色、热致变色、电致变色、pH致变色、溶剂致变色和离子致变色，以及在外界刺激下变色的反应机制。
       光致变色纺织品在受到电磁辐射时发生可逆的颜色变化，也就是“给点阳光就灿烂”。最常见的光致变色染料是基于螺吡喃类、螺恶嗪类、萘吡喃类、偶氮苯类、富酰类和二烯基烯类。
      最理想的光致变色纺织品是那些在紫外线照射后表现出极佳的耐色性能，并具有优异的耐洗性和耐光性的纺织品。这类纺织品可以用于制造新型智能材料，例如智能防紫外线服装、感知环境变化、军事伪装、品牌保护、安全印刷、运动服装以及消防队和警察等特殊职业的服装，以及基于织物的电子图像显示、安全条形码、传感器系统，太阳能热量和光线管理。然而，由于长期暴露于紫外线，光致变色化合物会发生光降解。光致变色染料的微胶囊化是减少光致变色化合物的光降解的方法之一。
      热致变色纺织品，是由于环境温度的变化导致分子结构改变，而产生可逆的颜色变化。热致变色材料是由无色染料、显色剂和溶剂按特定比例混合而成。2018年Geng等[2]在热防护纺织品中成功研发了稳定性良好的可逆热致变色微胶囊相变材料，用于热能储存。
       电致变色纺织品在施加电压时会发生颜色变化，其光学特性受其氧化态的控制，而氧化态可进一步通过氧化还原过程进行调控。例如，在2017年Koc等[3]利用氧化铟锡（ITO）和氧化钨成功研发出具有电致变色特性的羊毛。
        其他类型的变色纺织品，包括pH致变色（颜色随pH值变化而改变）、溶剂致变色（溶剂极性变化改变吸收或发射的光谱），以及离子致变色（分子与离子相互作用时，吸收或发射的光谱的变化改变颜色）。
       除去上述引入化学物质产生变色的机制之外，现在通过材料多尺度微细结构的改变，形成所谓的超材料结构，产生光的衍射和散射，达到独特的结构变色效果，这就是当前大家正在投入研究的物理变色。

       既然是模仿“变色龙”变色机理使织物达到变色效果，模仿的永远是模仿，现在纺织面料还离真正的“变色龙”变色还有相当距离。
       不管面料颜色如何变化，还是满足不了消费者的需求，在材料智能化和人工智能时代，更多的变色机制将会被研究出来并用于智能变色面料。
       不管面料颜色如何变化，染料的环境绿色化、生物安全性和人体安全性始终是第一考量，更多的限制性措施会被引入变色面料的研制。
       不管面料颜色如何变化，贴近自然才是最真实的颜色。“变色龙”因贴近自然而能更加安全，其实纺织贴近自然才更长远地发展。

参考文献
1 Heloisa Ramlow, Karina Luzia Andrade & Ana Paula Serafini Immich (2021). Smart textiles: an overview of recent progress on chromic textiles, The Journal of The Textile Institute, 112:1, 152-171
2 Geng, X., Li, W., Wang, Y., Lu, J., Wang, J., Wang, N., Li, J., & Zhang, X. (2018). Reversible thermochromic microencapsulated phase change materials for thermal energy storage application in thermal protective clothing. Applied Energy, 217, 281–294
3 Koc, U., Yurdabak, G., Aysegul, K., Oksuz, U., & Oksuz, L. (2017). RF sputtered electrochromic wool textile in different liquid media. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 28(12), 8725–8732