想象一下，如果超能力不再是幻想，王東升的奇跡般現(xiàn)實化了。
這位電子科技大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院的副教授，攜手教授韋晨和鄭永豪，成功研發(fā)出一種智能變色材料，能夠隨環(huán)境光線變化而自動調(diào)整顏色，實現(xiàn)“隱形”效果。
這一突破性成果已在《科學(xué)進展》雜志發(fā)表。王東升的靈感來源于他對攝影的熱愛，在光影交織的材料學(xué)世界中尋找答案，他發(fā)現(xiàn)美與科學(xué)的完美融合。
他的學(xué)術(shù)旅程不僅光彩奪目，更是愛好與專業(yè)完美結(jié)合的典范。
王東升。羅莎/攝
這項科學(xué)研究既令人著迷又充滿深意，它讓外行人驚嘆于材料的神奇變化，同時讓內(nèi)行人對背后的科學(xué)原理充滿好奇。想象一下，沒有大腦和神經(jīng)的材料如何能夠自我變色？而這就是自然界中變色龍的奧秘所在，它們能夠根據(jù)情緒、環(huán)境和溫度的變化調(diào)整皮膚顏色。現(xiàn)在，材料科學(xué)領(lǐng)域也迎來了自己的“變色龍”——一種名為“光致變色”的智能材料。王東升及其團隊最新提出的“自適應(yīng)光致變色”（Self-adaptive photochromism, SAP）技術(shù)，使得材料能夠僅憑自身特性識別并同步環(huán)境色彩。在一段演示視頻中，裝有SAP材料的方管被綠色亞克力盒覆蓋后，內(nèi)部仿佛升起了綠色的“煙霧”，短短十秒內(nèi)，原本在白光下呈現(xiàn)黑色的材料便與綠色亞克力盒完美融合。無論是橙色還是紅色亞克力盒，SAP材料都能迅速“變裝”，展現(xiàn)出驚人的適應(yīng)性。
裝有SAP材料的方管被罩上不同顏色的亞克力盒后，實現(xiàn)不同的“變裝”。受訪者供圖
在國際科研領(lǐng)域，一項革命性的“變色”技術(shù)正引起廣泛關(guān)注。該技術(shù)通過攝像頭捕捉周圍環(huán)境的色彩，并經(jīng)過精確計算后，向變色材料發(fā)送信號，依據(jù)溫度或拉伸的變化來調(diào)整顏色。
然而，這種系統(tǒng)對電子設(shè)備的依賴性高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本昂貴，容易受到外界干擾而失效。與之相比，“自適應(yīng)光致變色”材料則完全依靠自身的“反應(yīng)”來實現(xiàn)顏色變化，標志著從“有源式”偽裝向“無源式”偽裝的飛躍。這種材料模仿了變色龍的體色變化機制，即通過神經(jīng)學(xué)調(diào)控來指揮皮膚表層的色素細胞。
盡管材料本身沒有神經(jīng)系統(tǒng)，但一種名為給體-受體斯坦豪斯加合物（DASAs）的光致變色分子卻發(fā)揮了關(guān)鍵作用。DASAs能在可見光照射下從有色變?yōu)闊o色。王東升及其團隊利用獨特的匹配原理，將不同種類的DASAs分子巧妙融合成一種新型材料。
DASAs分子，這些色彩魔術(shù)師，每當特定光線照射其上，它們就像調(diào)色板上的開關(guān)，吸收能力減弱，反射出新的色彩，使材料變幻莫測。它們的運作機制宛如一個精巧的控制電路，在特定光線的觸發(fā)下，僅激活相應(yīng)的分子“開關(guān)”，點亮與光線同步的色彩。過去，光敏材料和器件的控制邏輯往往簡單直接，僅在“開”與“關(guān)”之間切換。然而現(xiàn)在，我們追求的不僅是這種單一的開關(guān)邏輯，而是向著多狀態(tài)、多模式、多階段的智能控制邁進。正如王東升所言：“我們可以像操作相機模式轉(zhuǎn)盤一樣靈活切換不同的拍攝模式。”他堅信材料本身具有超乎想象的智慧和敏銳性，順應(yīng)其自然屬性的設(shè)計將能更充分地挖掘它們的潛力。
三年前，王東升帶著一個創(chuàng)新的想法，踏上了自適應(yīng)光致變色材料的研究之旅。他的攝影背景賦予了他對色彩運用的敏銳洞察力，這種洞察力在他的研究中迸發(fā)出無數(shù)靈感。在攝影的世界里，王東升對相鄰色、互補色、分裂互補色等色彩關(guān)系的運用游刃有余，他深知如何通過色彩搭配增強照片的張力和視覺沖擊力。例如，明亮橙色的花朵與青色天空的對比，便是他鐘愛的搭配之一。在研發(fā)過程中的一個偶然時刻，王東升的目光落在了一張色環(huán)圖上。他凝視著那些對角線分布的互補色，陷入了深思。他開始探索那些被忽視的色彩深層邏輯：“互補色的‘吸收’與‘反射’在光譜上是相對的。”在可見光光譜中，赤橙黃綠青藍紫七種原色光各自對應(yīng)不同的波長范圍。物體之所以呈現(xiàn)出特定的顏色，是因為它們反射了相應(yīng)波長的可見光，并吸收了其他波長的光。特別是對于自身顏色的互補色光線的吸收最為強烈。這引發(fā)了王東升的好奇：“我們是否能夠通過互補色來實現(xiàn)物體的顏色變化呢？”
他想到了一類名為DASAs的可變色分子。其特性就在于，如果受到與自身顏色互補色光線的照射，就會變無色。
DASAs分子以其獨特的光學(xué)特性脫穎而出，它們在反射特定可見光的同時，僅吸收與其顏色互補的光線。這與大多數(shù)物質(zhì)不同，后者會吸收大部分剩余光線，只是強度有所差異。以紫色DASAs為例，它反射紫光而吸收綠光——紫與綠是互補色。在光譜上，這種分子只在綠光對應(yīng)的波長處展現(xiàn)出一個尖銳的吸收峰。當暴露于綠光下時，這個吸收峰消失，而其他波長則不發(fā)生任何吸收或反射變化，導(dǎo)致分子顏色從紫色變?yōu)闊o色。王東升巧妙地將這一原理應(yīng)用于材料設(shè)計中。他構(gòu)想了一種材料，在常規(guī)狀態(tài)下能均勻吸收所有可見光。但一旦受到綠光照射，這種材料便激活其功能，停止吸收綠光而繼續(xù)穩(wěn)定地吸收其他光線。他好奇地探索：“材料會不會反射出綠光并隨之變色？”經(jīng)過一個多月的努力和初步實驗，他成功制造出了一種薄膜材料。盡管成品略顯粗糙，但當他看到材料在綠光照射下逐漸顯現(xiàn)出淡綠色時，他的信心大增：“這個項目有望成功。”
接下來的三年里，王東升經(jīng)歷了提出理論、設(shè)計材料、實測結(jié)果、驗證理論等過程。其中，他花了一年多的時間，把分別吸收不同顏色的多種DASAs分子進行組合配比，完成穩(wěn)定且可復(fù)制的制備方式，使最終合成的SAP材料能夠在綠色、黃色和紅色的光線照射下，變化出相應(yīng)的顏色。
同時，材料還能在紅色仙客來、黃色銀杏和綠色黃金葛三種不同的植物叢中，識別出環(huán)境顏色并“隱匿”其中，提高了材料的應(yīng)用性。
SAP材料逐漸隱匿于紅色仙客來、黃色銀杏和綠色黃金葛三種不同的植物叢中
更有意思的是，材料可作為自適應(yīng)偽裝涂裝材料，以涂料的形式進行應(yīng)用。換句話說，如果涂在衣服上，就能實現(xiàn)“隱身”。
自適應(yīng)光致變色材料的研究正如火如荼地進行中。王東升表示，盡管目前尚未能完全掌控可見光光譜內(nèi)所有顏色的調(diào)控，但這是未來研究的關(guān)鍵方向。他的視野不僅限于可見光，還希望新一代材料能在紫外和紅外光區(qū)實現(xiàn)自適應(yīng)變色。顏色的多樣性源于光照值的不同，即光的強度或亮度。雖然環(huán)境顏色的深淺不影響材料識別“哪種色”，但研究已考慮了材料對光照值的識別能力，以使顯現(xiàn)出的顏色更接近真實。王東升強調(diào)，當前研究亟需完善的是實現(xiàn)對不同混合色光譜級別的識別與模擬。他提到了自己最喜歡的動物——雀尾螳螂蝦，其擁有16種視錐細胞，不僅能看到比人類更豐富的色彩，還能感知紫外線、紅外線和弧形偏振光。這種特殊能力激發(fā)了他新的研發(fā)思路：未來可能在材料中加入更多光致變色分子或縮短分子間在光譜上的距離，以提高材料的敏銳度。
王東升對于他的材料變色功能在-20℃至70℃溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定表現(xiàn)感到欣慰，這一特性滿足了眾多應(yīng)用場景的需求。盡管變色速度尚在10秒到20秒之間波動，且暫時無法控制，王東升卻以樂觀和從容的態(tài)度面對挑戰(zhàn)。他視這項研究為一種美的探索，并致力于在工作中注入樂趣。在日常工作中，無論是匯報PPT的文字還是論文插圖的顏色選擇，王東升都會借鑒經(jīng)典配色方案，使復(fù)雜的數(shù)據(jù)和專業(yè)文字煥發(fā)藝術(shù)之美。他希望每個人都能感受到這份工作的生動和價值，讓外行人欣賞熱鬧的同時，也讓內(nèi)行人洞察其中的深意。當實驗遇到難題時，王東升會帶上相機走出實驗室。他認為有時候需要跳出既定環(huán)境和思維模式，通過觀察周圍的世界來尋找靈感。攝影不僅是他十多年光敏分子與材料研究生涯中的特別伴侶，也是他在科研道路上尋找答案的獨特方式。
在王東升電腦收藏夾里，有一張是他爬到巴黎一棟房屋樓頂拍攝的城市“藍調(diào)時刻”。
通常在日出或日落前的半小時內(nèi)，當太陽位于地平線下4度到6度之間時，陽光透過大氣層的散射便會將天空和城市渲染成靜謐的藍色。
照片中，正值華燈初上。車水馬龍的“金色”街道，盡顯律動感和熱烈。整座城市，濃淡相宜。
巴黎的“藍調(diào)時刻”。王東升/攝
