让科学家感到高兴的是，他们在美国国家标准与技术研究院 (NIST) 研究的一种奇异凝胶具有意想不到的特性：材料的温度决定了哪种颜色的光可以通过它。

这种被研究小组称为“SeedGel”的材料已经显示出作为一种多用途工具的前景，其应用范围从电池到滤水器再到组织工程。该团队的新论文发表在Nature Communications上，强调了凝胶作为温度敏感滤光器的新能力。在凝胶上照射白光，根据凝胶的特定温度，只有特定的波长或颜色会通过它。不到十分之一摄氏度的温度变化就足以改变允许通过的波长，它可以是可见光范围内的任何颜色，也可以是紫外线和红外线的一部分。

SeedGel 可用作特定波长光的温度敏感门。在这里，我们看到了穿过凝胶的光的表示。当它在特定的温度范围内加热时，凝胶首先变得不透明，除了个别颜色。然后随着热量的升高，它首先允许更短、更蓝的波长通过，然后逐渐更长、更红的波长通过。最终，一旦超过温度范围，凝胶再次变得对所有可见光都不透明。图片来源：N. Hanacek/NIST

NIST 中子研究中心 (NCNR) 的科学家刘云说：“我们之前的工作表明 SeedGel 可以从透明变为不透明并再次变回，但我们没有探索它对颜色的作用。它精确控制颜色的能力是一个新发现。”

该团队的创作不同于市场上可能熟悉的其他创作。不要将它与情绪戒指混淆，后者的热致变色液晶会随着温度而改变颜色。它也不是光致变色太阳镜镜片的变体，当暴露在紫外线下时会变暗。相反，凝胶充当特定波长光的温度敏感门。

它们的凝胶最初是一种透明液体，由水和液体溶剂制成，并添加了二氧化硅纳米粒子。如果将这种混合物加热到一定温度，液体和纳米颗粒将形成一种物理凝胶，最初保持透明，但现在具有不同的内部结构。这些液体不是无定形的流体，而是形成互锁的微观通道，纳米颗粒被限制在其中一个通道内。

当它被加热到特定的更高温度范围时，新发现的效果就会出现：凝胶变得对所有颜色都不透明，除了个别颜色外，首先允许更短、更蓝的波长通过，然后逐渐变长、更红的波长通过。最终，一旦超过这个温度范围，凝胶就会对所有可见光变得不透明。

在 NCNR 进行的中子散射实验解释了这种不寻常的行为。改变温度会导致微观通道之间的液体分子交换，从而改变这些通道的整体折射率。一种波长的光通过，但其他颜色被散射。

这种行为是克里斯蒂安森效应的一个例子，该效应于 1884 年被发现。依赖于克里斯蒂安森效应的过滤器确实存在，但研究人员指出，他们的新凝胶为工业提供了明显的优势：他们的凝胶不仅对温度变化更敏感，但它运行的潜在温度范围更广，因为它可以定制为 15 到 100 摄氏度之间的任何温度。它可以调整以覆盖广泛的波长，可能从紫外线（从略低于 400 纳米）到近红外线（高达 2500 纳米）。它比典型的 Christiansen 滤光片允许更多的光通过。

来自特拉华大学的团队成员 Yuyin Xi 说，由于凝胶——无论定制如何——都是由廉价、现成的材料制成的，它为工业提供了优势。

“这种方法用途广泛，可调性强，制造过程可以轻松扩大规模，”他说：“它是用于一系列智能光学设备和具有颜色应用的新型材料的有希望的候选者。”