塑料裂缝的奇妙效应

撰文：詹妮弗·莱曼（Jennifer Leman） 来源：中国数字科技馆

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数千年来，人类一直使用颜料、墨水或者染料作画。现在，科学家发明了一种全新的方式，可以在塑料表面制造凹凸不平的结构，表现出彩色的图像。

颜料之所以能显色，是吸收了特定的波长再把其余可见光反射出来。但是，另一些材料却能通过表面微观结构的不同（结构的大小、间距等）形成不同的颜色，比如南美大闪蝶的蓝色翅膀或者蜂鸟引人注目的羽毛，它们表面的微观结构改变了可见光的传播过程，进而产生了不同的结构色。

当受到外力挤压时，塑料会产生微小的裂缝，我们称之为裂纹（crazes），这些裂缝通常是随机出现的。但是，如果将塑料暴露在特定的光束下，情况就不一样了。被光束照射的地方更容易老化，因此调整光束的分布可以选择性地削弱暴露在光线下的地方，当塑料承受压力后这些地方就会首先产生裂纹。

“你可以控制产生裂纹的地方，”日本京都大学的材料科学家安德鲁·吉本斯（Andrew Gibbons）说。通过尺寸和形态的变化，这些裂纹就能形成表现出特定颜色的微型结构。

吉本斯和同事首先用强LED照射塑料薄片，然后再用醋酸浸泡。这样，他们就能在被光线预先弱化的地方制造出想要的裂纹。相关研究发表在《自然》杂志上。根据研究结果，这些裂纹有一个特点，它首先反射的光线，就是波长与照射光线相同的光线。

如果延长浸泡时间，或是暴露在高温下，这些裂纹还会发生进一步变化，反射更长的波长。还有一些因素也会影响裂纹的属性，比如被光照射的区域的大小，以及塑料本身的厚度。为了验证自己的理论，研究人员用这项技术仿制了一些经典作品，包括女王乐队的专辑封面（其中最小的一幅宽度仅为0.25毫米）等。

“这是一种创新性的转变，”研究聚合物的科学家克里斯托弗·索尔斯（Christopher Soles，并未参与这项研究）评价道。他供职于美国国家标准与技术研究所。“一般来说，我们会把材料上的裂纹看作坏事，”索尔斯指出，“但这些裂纹却有不同的作用。”让他惊讶的是，这项工艺能够应用在多种不同类型的塑料上，包括聚苯乙烯、聚碳酸酯和亚克力玻璃。这些材料分别会用于制作酸奶杯、CD盒和防弹玻璃。

吉本斯表示，这种工艺或许还有很多有价值的用途，比如用于制造货币表面耐磨的塑料图层，或者某类高的端商品，以此打击造假。当然，这类微型结构不仅能够用于创造漂亮的图案，吉本斯还希望能用于制造医疗分析设备，存储微量液体。