奇思妙想！科学家以鱿鱼皮肤为灵感制造复合材料

点外卖或者外带咖啡的方式虽然给人们带来了便利，但是过不了多久，食物或咖啡就会自然冷却。保温杯或保温饭盒可解决该问题，但其携带不便，并不适合一次性使用等应用场景。

此外，目前被广泛使用的塑料包装在使用后可能成为白色污染的源头，一些塑料在加热条件下还会释放微塑料，对人的健康构成威胁。

那么，有没有既方便携带、环保、价格低，又具备保温特性的材料呢？

图片来源：UCI

加州大学欧文分校（University of California, Irvine，简称 UCI）团队以头足类动物（墨鱼、鱿鱼和章鱼等）的皮肤为灵感，制造出一种适应性复合材料，该材料的优势在于可绝缘、隔热。因此，其适用于饮料杯、外卖包装、包裹箱、集装箱等。

值得关注的是，该团队不仅是提出了一种制造新材料的可行性方法，而且这种复合材料的原料（铜和橡胶）的成本仅每平方米0.1美元，这与现有的金属-塑料薄膜价格相当。并且，其制作成本还会因制造规模的扩大而进一步下降，这为该材料的商业应用打下坚实的基础。

近日，相关论文以《具有可调热调节性的可持续包装材料的可扩展制造》（Scalable manufacturing of sustainable packaging materials with tunable thermoregulability）为题发表在Nature Sustainability上。

该复合材料的顶层成分为铜，支撑层则是褐色橡胶状的聚合物，整体质地轻薄，并且弹力强能拉长至材料本来大小超过两倍。值得关注的是，该材料不仅能实现保温、保鲜（延迟食物的腐烂程度），并且还可对温度进行调节。

为此，研究人员开展了咖啡杯实验，结果表明，他们不仅可从理论上精准地预判温度，还利用实验清楚地记录其温度的改变。该团队还能够在标准化测试条件下实现红外辐射透射率的20倍调制和热通量的30倍调节，这种稳定的材料甚至可以很好地应对高水平的机械变形和重复的机械循环。稳定性方面，该复合材料即便在1万次应变循环后，还可以保持可调红外功能不变。

该材料之所以可调节热量，可重构的金属结构在其中起到关键性作用，金属结构的特征是能相互分离，而且还能在不同的应变水平条件下进行二次结合。

“当材料松弛时，我们复合材料中的金属结构彼此相邻，而当材料拉伸时，它们会分开，从而可以控制红外光的反射和透射或散热，”该论文通讯作者、UCI化学工程与材料科学系副教授阿隆·戈罗德茨基（AlonGorodetsky）对媒体表示，“这种机制类似于鱿鱼皮肤中的色素细胞膨胀和收缩，从而改变了可见光的反射和透射。”

色素细胞大小的变化起到怎样的作用呢？一般来说，鱿鱼在日常生活中通过这种变化让自己在遇到危险或需要躲避的情况实现“变身”。受鱿鱼这种特质的启发，该复合材料能达到“温度调节”的效果。

以外卖包装使用该复合材料为例，一方面它保持食物的热度、防止快速冷却；另一方面，也对接触外卖包装的人体皮肤起到保护作用，避免因食物将热量传递至包装造成皮肤烫伤等。

该材料的商业潜力在于，一方面研究人员已开发出以卷为单位的大规模生产方式，而不再局限于实验室的小规模生产。并且其成本低，量化生产方面也更易于被接受。

另一方面，其商业潜力还体现在该材料的环保属性。这种复合材料只需利用醋即可将铜成分溶解，剩余的材料则通过现有的商业途径就可实现材料的批量回收。

目前，该团队正在与多家企业建立联系，以确认其商业化发展的可行路径。该复合材料适用于各种需要温度调节的应用场景，从一次性咖啡杯、外卖包装、户外帐篷，到太空毯、服装、作为建筑的绝缘层材料、有效保持贵重电子原件的温度等。

戈罗德茨基表示，“这种材料有大量的应用，例如应用于疫情期间运送到人们家中的易腐烂商品。电商为消费者有机的任何需要温度控制的包裹，都可以使用我们的自适应复合材料制成内衬。”