以魷魚皮膚為靈感制造復合材料 可讓外賣“按需保溫”

點外賣或者外帶咖啡的方式雖然給人們帶來了便利，但是過不了多久，食物或咖啡就會自然冷卻。保溫杯或保溫飯盒可解決該問題，但其攜帶不便，并不適合一次性使用等應用場景。

此外，目前被廣泛使用的塑料包裝在使用后可能成為白色污染的源頭，一些塑料在加熱條件下還會釋放微塑料，對人的健康構成威脅。

那么，有沒有既方便攜帶、環(huán)保、價格低，又具備保溫特性的材料呢？

美國加州大學歐文分校團隊以頭足類動物（墨魚、魷魚和章魚等）的皮膚為靈感，制造出一種適應性復合材料，該材料的優(yōu)勢在于可絕緣、隔熱。因此，其適用于飲料杯、外賣包裝、包裹箱、集裝箱等。

值得關注的是，該團隊不僅是提出了一種制造新材料的可行性方法，而且這種復合材料的原料（銅和橡膠）的成本僅每平方米0.1美元，這與現(xiàn)有的金屬-塑料薄膜價格相當。并且，其制作成本還會因制造規(guī)模的擴大而進一步下降，這為該材料的商業(yè)應用打下堅實的基礎。

近日，相關論文以《具有可調(diào)熱調(diào)節(jié)性的可持續(xù)包裝材料的可擴展制造》為題發(fā)表。

該復合材料的頂層成分為銅，支撐層則是褐色橡膠狀的聚合物，整體質(zhì)地輕薄，并且彈力強能拉長至材料本來大小超過兩倍。值得關注的是，該材料不僅能實現(xiàn)保溫、保鮮（延遲食物的腐爛程度），并且還可對溫度進行調(diào)節(jié)。

為此，研究人員開展了咖啡杯實驗，結果表明，他們不僅可從理論上精準地預判溫度，還利用實驗清楚地記錄其溫度的改變。該團隊還能夠在標準化測試條件下實現(xiàn)紅外輻射透射率的20倍調(diào)制和熱通量的30倍調(diào)節(jié)，這種穩(wěn)定的材料甚至可以很好地應對高水平的機械變形和重復的機械循環(huán)。穩(wěn)定性方面，該復合材料即便在1萬次應變循環(huán)后，還可以保持可調(diào)紅外功能不變。

該材料之所以可調(diào)節(jié)熱量，可重構的金屬結構在其中起到關鍵性作用，金屬結構的特征是能相互分離，而且還能在不同的應變水平條件下進行二次結合。

“當材料松弛時，我們復合材料中的金屬結構彼此相鄰，而當材料拉伸時，它們會分開，從而可以控制紅外光的反射和透射或散熱?！痹撜撐耐ㄓ嵶髡呒又荽髮W歐文分?；瘜W工程與材料科學系副教授阿隆·戈羅德茨基對媒體表示，“這種機制類似于魷魚皮膚中的色素細胞膨脹和收縮，從而改變了可見光的反射和透射?！?/p>

色素細胞大小的變化起到怎樣的作用呢？一般來說，魷魚在日常生活中通過這種變化讓自己在遇到危險或需要躲避的情況實現(xiàn)“變身”。受魷魚這種特質(zhì)的啟發(fā)，該復合材料能達到“溫度調(diào)節(jié)”的效果。

食品和飲料包裝的熱管理和受魷魚皮膚啟發(fā)的動態(tài)溫度調(diào)節(jié)復合材料概述

以外賣包裝使用該復合材料為例，一方面它保持食物的熱度、防止快速冷卻；另一方面，也對接觸外賣包裝的人體皮膚起到保護作用，避免因食物將熱量傳遞至包裝造成皮膚燙傷等。

該材料的商業(yè)潛力在于，一方面研究人員已開發(fā)出以卷為單位的大規(guī)模生產(chǎn)方式，而不再局限于實驗室的小規(guī)模生產(chǎn)。并且其成本低，量化生產(chǎn)方面也更易于被接受。

大面積復合材料在飲料包裝應用中的動態(tài)溫度調(diào)節(jié)能力

另一方面，其商業(yè)潛力還體現(xiàn)在該材料的環(huán)保屬性。這種復合材料只需利用醋即可將銅成分溶解，剩余的材料則通過現(xiàn)有的商業(yè)途徑就可實現(xiàn)材料的批量回收。

目前，該團隊正在與多家企業(yè)建立聯(lián)系，以確認其商業(yè)化發(fā)展的可行路徑。該復合材料適用于各種需要溫度調(diào)節(jié)的應用場景，從一次性咖啡杯、外賣包裝、戶外帳篷到太空毯、服裝、作為建筑的絕緣層材料、有效保持貴重電子原件的溫度等。

戈羅德茨基表示，“這種材料有大量的應用，例如應用于疫情期間運送到人們家中的易腐爛商品。電商為消費者有機的任何需要溫度控制的包裹，都可以使用我們的自適應復合材料制成內(nèi)襯?！?/p>