元素百科为您介绍日本最近开发了一种“光结构”，让水随环境瞬间改变颜色。日本理化研究所、东京大学和物质材料研究所的联合小组最近开发了一种新型的“动态光结构”。通过对水中含有的微量氧化钛纳米片进行数百纳米的定期排列，水可以在不改变成分的情况下根据环境变化瞬间改变颜色。
什么是光结构？
“光结构”是指材料具有与可见光波长相同的周期结构，并根据周期长度选择性地反射相应波长的光，从而呈现出各种明亮的“结构色”。“光结构”对操纵光的提取、封闭和传播非常有用，科学家们进行了大量的研究。然而，获得“光结构”并不容易，即使使用最新的纳米技术也很难制造，所以通常的“光结构”是由无机结晶、有机聚合物和其他硬材料组成的。
在自然界中，一些生物可以巧妙地利用流动性物质形成“动态光结构”，如玻璃鲷鱼和霓虹鱼，它们可以自由控制身体颜色。由于秩序和流动性是一对相反的状态，因此很难使材料根据环境变化立即变色。
光结构开发
日本研究人员利用氧化钛纳米片开发“光结构”。氧化钛纳米片厚度为0.75纳米，横幅为数微米，是轴比较大的二维无机物质，折射率高，磁场定向性强。由于纳米片具有较大的负电荷，它们之间具有较强的静电排斥力，因此纳米片在水中分散后可以形成一定间隔的层状周期结构。但纳米片的间隔最大为50纳米，难以作为“光结构”使用。为此，研究小组开发了一种扩大纳米片间隔的新方法，使分散在水中的微量氧化钛纳米片定期排列在数百纳米周期中，成功地获得了随环境变化而瞬时改变结构颜色的“流动性光结构”。
该成果具有胶体科学、自下而上纳米技术和超材料开发的指导意义。研究论文在网上发表在《自然通信》杂志上。
