在一项新的研究中，科学家们引入了受章鱼启发的欺骗和信号系统，使用稳定的九并苯类分子，标志着伪装技术的重大进步，具有在不同领域的潜在应用。

欺骗和信号系统是指允许动态调制颜色和外观的机制。这些系统旨在通过改变观察者的可见光和近红外特性来欺骗观察者或向观察者发出信号。

加州大学的资深作者 Alon Gorodetsky 教授在接受 Tech Xplore 采访时谈到了该团队开发该系统的动机，他说：“我的团队长期以来对头足类动物改变外观的能力很着迷，这种兴趣激发了推动了我们的大部分工作。”

受蓝环章鱼（Hapalochlaena lunulata）的启发，该研究旨在复制这种动物动态改变其外观的能力，作为一种交流或防御的形式，展示在各种应用中独特的伪装和信号传递能力。

从大自然中汲取灵感

Hapalochlaena lunulata 因其有毒而闻名，是一种体型不超过 10 厘米的小型头足类动物。它拥有直径七到八毫米的独特蓝色环，已成为创新迷彩技术的灵感源泉。

60 个鲜艳的蓝色圆环散布在它的皮肤上，作为一种镇定的装饰。这种视觉展示警告潜在的捕食者章鱼的剧毒性质。

章鱼可以改变其外套膜的颜色，显示出与其周围环境相关的各种环形图案，从黄色赭色到浅棕色或不活动时的白色。

章鱼具有迷人的闪烁行为，在此期间它会显示虹彩环作为警告信号。每次闪光持续约三分之一秒，创造出引人注目的视觉效果。

研究人员对章鱼独立于外部化学物质产生蓝色虹彩的能力特别感兴趣。

九并苯类分子作为活性材料

为了复制章鱼的特征，研究人员使用九并苯类分子作为活性材料。

九并苯是具有九个苯环的线性稠合多环烃。然而，合成和稳定性方面的挑战限制了其探索，阻碍了其潜在应用。

为了克服这些挑战，研究人员设计并合成了一种具有独特特性的新型九并苯类分子，名为四苯并九苯（TBN）。

该分子包含九个邻位环苯环的线性排列，为红色至近红外吸收创造了低带隙。额外的稠合芳环增强了稳定性，氮杂原子提供了对化学刺激的响应性。烷基链官能化苯环可提高溶解度。

“这种材料在设备的可调谐光谱和荧光特性中发挥着关键作用，从而实现了多种操作模式，”戈罗德茨基教授解释道。

经过分析，研究人员发现TBN表现出卓越的稳定性，在恶劣条件下比TMS-并五苯（比较基准）更耐用。

基于 TBN 的架构的固态光谱显示了驱动（运动）时的动态外观变化，强调了该分子对欺骗和信号平台的适用性。

一旦他们对九并苯类分子感到满意，研究人员就将其应用于四层介电弹性体致动器（DEA）中设备，模仿章鱼的变色能力。

DEA 设备的功能

研究人员成功开发了一种受章鱼启发的设备，可以改变电磁波谱可见光和近红外区域的外观和信号观察者。

这些 DEA 装置的值得注意的特征包括显着的面积应变，在约 3.2 kV 的偏置下，蓝色外环平均达到约 79%，棕色内环平均达到 45%。

这意味着设备可以发生显着且受控的变形，从而使蓝色和棕色区域横向扩展。实现如此高的面应变的能力对于系统的动态外观改变能力至关重要，从而能够有效调制其可见光和近红外特性。

蓝棕色环形圆圈在致动时明显变亮，并产生明显的偏差，从而产生明显的颜色和亮度变化。此外，该设备具有快速响应能力，大约需要 380 毫秒，确保快速有效地调节其外观。

让研究人员感到惊讶的一个因素是该设备的稳定性。戈罗德茨基教授表示：“我们的设备在空中连续运行时的总体稳定性以及它们在出现故障后无需任何用户干预的自我修复能力令我们感到惊讶。”

令人印象深刻的是，这些器件在较长的循环寿命内保持稳定性，其中一些器件在 500 个循环中表现出一致的亮度调制。

Gorodetsky 教授解释了该器件的自我修复机制，他说：“这些器件似乎会因常见的众所周知的介电击穿和针孔短路机制而失效，然后通过类九苯分子和/或这种自我修复确保设备即使在损坏后也能恢复功能。”

长期使用和未来工作

即使在储存两年多后，基于 TBN 的结构仍保留了其驱动相关的可见外观、表面拓扑和光谱特征，再次证实了九并苯类分子在实际应用中的寿命和可靠性。

这些设备能够承受具有挑战性的环境条件并表现出自主修复能力，使其成为下一代欺骗和信号平台的有希望的候选者，其中适应性、稳定性和响应能力至关重要。

“我们的设备适用于伪装和签名管理应用，也适用于显示、防伪、传感、成像、节能和机器人技术，”戈罗德茨基教授解释道。

他和他的团队希望探索这些或类似的章鱼启发设备的可扩展性，并进一步扩大其应用范围。

研究结果发表于自然通讯。

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