設計結構自動反饋復合材料的另一種可行方法是用機械敏感分子（機械載體）使聚合物或纖維功能化，從而改變其光學性質。Brun等人通過在樹脂/纖維界面添加黃色熒光蛋白（參見圖9）。通過該技術進行自動反饋與微膠囊相比，顯著優勢是其在分子水平上評估損傷，使其成為FRP復合材料納米級損傷分析技術。

圖9：Brun等人通過在樹脂/纖維界面添加黃色熒光蛋白

最近由Shre等人使用螺吡喃（Spiropyran）作為自動反饋功能添加劑。材料損傷時將無色無熒光的螺吡喃轉化為高度著色的熒光花青。觀察到用螺吡喃可以從黃色變為紫色（見圖10）。最近，Magrini等人報道了螺吡喃機械載體在設計和制造可報告損傷的復合材料方法。他們建立了拉伸變形和螺吡喃改性聚合物的發光強度，導致復合材料損傷的可視化、量化和預測斷裂發生。

圖10：周期性撞擊材料表面顏色變化

這種含螺吡喃的材料為SHM應用提供了良好的材料選擇。應當指出的是，注意材料在改性前后本身力學性能不受影響。此外，一些機械載體可以對溫度或光的刺激做出反應。

使用發光劑也可以實現機械變色，且具有聚集誘導發射（AIE）特征。AIE的材料在SHM中的工作原理是，當它們溶解在溶劑中時，考慮到振動獲得能量使電子處于激發態，由于分子內運動聚集導致發光。AIE分子已廣泛應用于各種光電器件、化學傳感和生物成像等，它們是聚合物SHM材料的可選項之一。AIE分子改性的自動反饋聚合物復合材料可以通過將AIE分子化學連接或分散到聚合物分子鏈中來獲得。

Pucci等人將一組稱為四苯基乙烯的AIE分子分散到聚（b-苯乙烯-b-丁二烯-苯乙烯）彈性體中，以制造具有熒光的智能薄膜。當該膜拉伸受力后，發出熒光，恢復到原始狀態，熒光消失。由于四苯基乙烯的AIE效應，該復合膜的拉伸發光可以通過四苯基乙烯濃度和膜的厚度來控制。在其他研究中，四苯基乙烯用作功能涂層，以提高CFRP復合材料的損傷可見度。如圖11（a）所示，沖擊引起的損傷在紫外光下肉眼明顯可見。Weder等人開發了嵌入硅橡膠中的含有AIE分子新型微膠囊。材料分別在沖擊、拉伸和壓縮載荷下進行了測試（圖11（b））。最近，Lu等人設計了一種多層涂層（見圖12），其中AIE分子具有紅色、綠色和藍色，封裝在聚合物的不同層中，通過辨識發光顏色，可以評估材料損傷深度。

圖11利用含有AIE分子涂層評估聚合物材料損傷情況

另一種類型的非常規發光聚合物，這種類型的AIE聚合物不含有任何共軛發色冠能團，但可以通過富集電子群的聚集誘導發光，顯示出固有的固態熒光。在這種情況下，通過在材料變形過程中監測它們的熒光，可以精確地分析聚合物材料的損傷情況，有關詳細信息已有研究報道。

圖12 含有AIE分子的多層涂層材料

2.2.基于物理的顏色變化

2.2.1基于材料結構設計變換顏色

結構變色材料是指基于物理特性的顏色，由相互作用導致可見光干涉引起具有隨機或周期性顏色變化。例如，定向二氧化硅基質中的二氧化硅顆粒會產生蛋白石特有的顏色，這是通過二氧化硅顆粒的微觀結構和對光的折射率差異，在吸收光時導致光波取向呈現各向異性，宏觀表現出眾所周知的彩虹色。自然界中結構變色材料的實例見圖13所示。

圖13自然界中結構變色材料的實例

在此基礎上，科學家們開發了人造光子晶體，它們可以在不同條件如熱、光和機械受力的刺激下改變顏色。機械受力刺激與其他刺激相比顏色變化最明顯。

光子晶體具有廣泛的應用（色度傳感器在工程結構SHM中的應用），它們應附著在基材上。然而傳統的光子晶體由硬質材料制成，應變導致的機械變形不足以實現用肉眼觀察的光學檢測。為了解決這個問題，聚合物基光子晶體用低摩爾溶劑溶脹以形成彈性體材料。此外，另一個解決方案是采用光子凝膠，因為后者對機械刺激表現出更高地靈敏度，因此可以更好地用作機械變色傳感器。

盡管目前已經在開發結構變色材料方面取得了一定的研究進展，但由于其復雜的性質，該技術仍然處于實驗室研究階段。然而，這不影響將其作為機械色度傳感器來檢測不同類型的工程結構損傷的巨大應用潛力。

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