随心变色的“魔术染料”

在魔术表演中，魔术师左右手各执一张黑色梅花的扑克牌，两张牌轻轻一碰，魔术师吹一口“仙气”，原本的梅花图案瞬间变成了红桃图案。魔术中扑克牌的颜色变化多端，只是幻影或手法技巧不同。现实中，能随心变色的生物只有变色龙。但是，随着“魔术染料”的出现，手机壳、鞋子、车都可以变颜色和图案。接下来，就让我们一起认识一下这奇妙的“魔术染料”。

科学界的光影魔术高手

美国麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室的研究人员模仿变色龙的变色能力，开发出一种可重复使用、完全可逆的“魔术染料”。作为一种混合型光致变色染料，它用漆料分别与品红、黄色和青色三种光致变色颜料等比例混合，再喷涂到物体上，之后让物体在紫外线和可见光的照射下改变颜色。

介质对光的三种特性

为什么会发生这么神奇的效果呢？我们知道，物体之所以显示出不同的颜色，是由于光与物质相互作用之后，光线与视网膜中的视细胞作用效果不同而引起，与光的强弱无关。而一切介质对光均具有吸收、反射、透射三种特性。吸收分为一般吸收和选择吸收。一般吸收指的是在一定波长范围内，物质对各种波长的光作等能量吸收，而选择吸收是指物质对某种波长的光吸收显著，具有选择性。选择吸收是物体呈现颜色的主要原因。

光致变色原理示意图

不仅单色光能产生颜色，几种单色光的混合光也可以产生颜色。黄色光和蓝色光两种单色光混合可以产生绿色光，这种绿色光与单色绿光，人眼是感觉不出有什么区别的。

我们所知的染料颜色混合都是减法混色。“魔术染料”使用三种具有不同波长的三原色光来分别消除每种原色，从而形成各种颜色的光。

知识拓展：什么是减法混色？

在减法混色中，品红、黄色、青色是三原色。当把两个或两个以上的有色物体叠加在一起时，会产生和各个有色物体不同的颜色。青色和品红色混合后会产生蓝色，青色和黄色混合后会产生绿色，品红和黄色混合后会产生红色。当有色物体在光线的照射下，从光线中减去被有色物体所吸收的部分，就是剩余部分光线混合的结果。比如，当外界照射的光被黄色染料吸收并失效时，品红色和青色会保留下来，从而产生蓝色。

品红色、黄色和青色三种颜料混合

有光就能变

“魔术染料”基于染料的光致变色特性，比如化合物A在受到特定波长的光照射时，发生物理化学反应生成化合物B，其吸收光谱发生变化；在另一波长的光照射下，化合物B又恢复到化合物A。

变色前的手机壳和使用“魔术染料”变色后的手机壳

早在1867年，科学家们就发现，黄色的并四苯材料在空气和光线的照射下会褪色，受热之后会重新变回黄色；1952年，科学家又发现了一类叫螺吡喃的化合物，它在光线照射下能够发生可逆的颜色改变。近年来，中国科学家也合成了100多种有机光致变色材料。

日本研究了一种光致变色染料，能使合成纤维织物“染”上周围景物的颜色，把人的服装“融”在自然景色中；中国试制的光致变色染料腈纶线，编织成衣料后能随光源变化转换色彩。

一天一变样，一天一外观

魔术般的光致变色染料在日常生活中和国防军事上都能发挥重要作用。

在日常生活中，不论是手机外壳、鞋子、玩具等小型生活用品的定制，还是汽车、飞机等大型设备的表面装饰，“魔术染料”都可以满足。

在国防军事上，它可以将军舰、坦克等武器装备用光致变色染料加以涂敷，其表面在光照下会产生变色，使其与周围的环境匹配，从而融入大自然中，让卫星等侦察手段不易发现它们的真面目，从而达到掩护的目的。

随着科学技术的进步，相信在不久的将来，光致变色染料会走入千家万户，并影响人们的日常生活。也许有一天，一辆边行驶边变色的汽车，会与你擦身而过。

撰文：刘晨（合肥工业大学仪器科学与光电工程学院）