图片来源：原论文
连科幻都不敢想的主动变色伪装材料，被中国科学家做出来了。
谁没有幻想过变色伪装的超能力呢？就像变色龙一样，将自己无缝融入周围的环境。甚至更进一步，这种能力能像超级英雄的科幻装备一样，就算其他人在旁边也察觉不到你的存在，变相实现“隐身”。
既然是科幻设定，那就要用相对合理的方式解释“隐身装备”的工作逻辑。最常见的解释是，这种装备能通过摄像头+显示屏的组合实现隐身：摄像头观察感知周围的环境，显示屏显示出与周围环境相适应的画面。
但如果真的按照这种思路来制作隐身装备，你会遇到很多问题。首先是成本问题，显示屏毕竟不是很便宜，把它当成布料来用太奢侈了。就算你真的不差钱，显示屏本身的问题也不容忽视，它很难匹配不规则的曲面，工作时会发热，配套的金属线缆又会屏蔽电磁信号。更不要提，显示屏只要遭受了一点破坏，就可能出现大范围的黑条、花屏。毕竟，科幻设定不需要考虑现实中烦人的细节。
那有没有可能，不用显示屏和摄像头呢？比如寻找一些遇到光就能变色的材料：就像变色墨镜那样，白天有光照时颜色加深，减少光线通过；晚上没有光照射，又恢复到透明的状态。不同的环境中，光线的颜色也不同。比如春天的绿叶反射出的绿光较多，秋天的落叶则映出更多的黄光。如果我们能找到一种材料，什么颜色的光照上去，它自动就能变成那种颜色，那不就能解决刚才我们苦恼的问题了吗？
如果科幻电影中用这种方式解释“隐身”，估计会有不少观众直呼：“太不合理了，只能算奇幻，不能算科幻！”但实际上，电子科技大学的科学家已经研制出了这种比科幻更科幻的材料。今年11月，电子科技大学的王东升副教授等人在《科学·进展》（Science Advances）上发表论文，展示了一种能自适应光致变色（Self-adaptive photochromism，SAP）的材料。
自适应光致变色
如你所见，SAP材料最初是黑色的，当它暴露在红色的环境中，它就会受到环境中红色光的影响而变红。在绿色、黄色环境中也是如此。
根据环境光照变色。图片来源：原论文
把它涂到小人上，小人也能根据环境光照而变色。
将材料制成涂料涂到掉雕塑上，雕塑也能随之变色。图片来源：原论文
就算环境中的光照很复杂，它也能根据环境中的颜色自动改变。王东升说：“很多人都认为材料本身没有‘生命’，不能感知，但事实并不是这样。”
SAP材料可以适应负责光线条件。图片来源：原论文
“我们利用了互补色的原理。在色轮上，两个相距180度的颜色相加是黑色。比如绿色加紫色就是黑色，如果把黑色中的紫色拿走，那它剩下的就是绿色了。为了实现这样的功能，我们利用了一种名为给体-受体斯坦豪斯加合物（donor-acceptor Stenhouse adducts，DASAs）的光致变色材料，”王东升介绍。DASAs在2014年首次被发现，经过了10年的发展，它已经被学界认为是一种非常有前景的材料。“DASAs本身有很鲜艳的颜色，在受特定波长的光照后会褪色透明，经过加热又会恢复到有颜色的状态。”
DASAs不是一种材料，而是一类材料的统称。将一种颜色的DASAs材料和互补色的染料组合起来，就能得到一种黑色的材料。这样的材料中的DASAs在受到特定波长的光照射后会褪色，材料整体就能显示出DASAs材料的互补色。
分子结构决定了DASAs本身的吸收光谱——也就是我们眼睛看到的颜色。王东升从2016、2017年左右开始了DASAs领域的研究，对DASAs材料本身的光谱，以及哪种波长的光能触发DASAs的“光致褪色”比较熟悉。王东升说：“所以，我们可以根据需求的颜色来定制材料，我们可以合成一系列的材料，比如青色（Cyan），洋红色（Magenta）还有黄色（Yellow），这样，我们就能让材料像打印机中的三原色墨水一样，变幻出任何颜色。”
被忽视的色彩
化学中有很多可以变色的材料，比如王东升之前研究的光致变色材料——偶氮苯，早在1937年就出现了，DASAs材料近些年也取得了较大的发展。“但为什么没人把它们组合起来呢？”王东升说。“SAP材料中关键的互补色的原理，对于中学生，甚至是小学生都能理解，但对于专业的学者，很多时候却意识不到。”
王东升说：“给这项研究带来灵感的，其实很大程度上不是什么论文或研究，而是我的摄影爱好。在德国马普所读博的过程中，我几乎天天带着相机，随时记录周围的风景和人物。其实我现在每天都会带着相机。所以我会对颜色比较敏感。制备SAP材料属于一个色彩的问题，需要用色彩的思路去解决。”
当然，仅凭色彩直觉也不能制备出精准变色的SAP材料。为了精准配比DASAs材料和染料，王东升团队用Lab色彩空间进行计算。色轮、互补色是一种HSL色彩空间中的概念，这种色彩空间更加注重人的主观感受和颜色的对应关系。而Lab色彩空间则是一种更“物理”，更“线性”的色彩空间，它和光谱更为贴近，方便混合颜色的计算。
最终，王东升团队将DASAs材料和普通染料混合起来，组成了论文中的SAP材料。作为已经被研究了10年的材料，DASAs的制备相对比较容易。并且作为有机材料，SAP材料寿命也比较可观。王东升说：“我们目前可以说材料的寿命在室内至少有10个月——不过这是因为我们是在10个月前制出这种材料的。”SAP材料能在常规防护手段的帮助下通过双60实验，也就是60摄氏度，60%摄氏度保持4小时以上。
SAP材料变色过程对实验环境并没有什么特别的要求，在正常的日照下也能变色。在颜色改变后，只要加热，它就能自行恢复到原本黑色的状态。变色速度也比较快，在液体状态下10秒左右变色，在制备成涂料后，变色时间会提升一个数量级，大约是40～70秒左右。王东升说：“我们可以用微胶囊把材料包裹起来，这样就算制成涂料，材料也只需要10秒就能变色了。我们已经得出了这样的成果，论文正在同行评议。”
SAP材料可以在自然光下变色。图片来源：原论文
向科幻进发
王东升团队在论文中展示的SAP材料不能变出蓝色和紫色，或者说波长小于520纳米的颜色。王东升说：“DASAs的分子结构决定了，它不能吸收波长小于520纳米的光。论文中的SAP材料只用了DASAs材料，所以无法变出蓝色和紫色。”但这是DASAs材料的限制，而不是SAP材料的限制。“SAP材料其实可以用其他光致变色材料实现。论文里，我们为了一些化学上的美感，只用了DASAs材料。但实际上，我们可以用其他材料变换出蓝色和紫色。”实际上，王东升团队已经制备出了能覆盖整个可见光谱的材料，新的论文正在同行评议中。
但如果认为能变成任意颜色，就是SAP材料的重点，那可能落入了人类视觉的陷阱。人眼其实只能分辨三种颜色，或者说三种波长的光。在我们看来是同一种颜色的物体，其实光谱可能完全不同。不同物种感知的颜色不同，比如鸟类能分辨四种颜色，它们的世界可能会比我们更多彩，在我们看来是同一个颜色的物体，在他们看来很可能颜色有所区别——更不要说专业的光谱仪了。不管是HSL、Lab色彩空间，还是显示器的RGB、打印机的CMYK色彩模型，都是为人眼的感知设计的。王东升说：“我们在颜色上做的已经不错了，但光谱上匹配可能只有60%的完美。”王东升团队未来的研究方向，是跳出人类色彩感知的桎梏，让SAP调节的更精准，可以做到光谱级别的“变色”。
目前的SAP材料肯定做不到漫威、DC中超级英雄的隐身效果。“那种精度和速度都太夸张了，”王东升表示。如果说某种材料能单纯凭借材料，不借助任何外界的辅助，就实现这样的效果，那这应该是一种梦想中的材料。“但至少可以说，我们的研究可以作为一个开端，更多人来研究这个领域，说不定某天就真的能做出来这样的材料呢？”
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads2217
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