比日本水晶花還神奇！不用下雨也會變透明的新材料
大家應該都看過所謂的「透明花」，就是日本原生的山荷葉、日本晶瑩花或骨牌花（Diphylleia grayi ，英文暱稱skeleton flower）。這種植物的花是白色的，但是只要一淋雨，就會變成透明的！超酷！
據說，山荷葉的花之所以會變透明，是因為下雨的時候，雨水會填滿花瓣細胞之間的空隙，於是光線在照射到花瓣時就不再散射，而是直直地穿過。於是，花瓣就變透明了！
我之所以用「據說」，是因為我找不到任何關於山荷葉花瓣變透明原理的論文。我找了PubMed，也問了SciSpace，都找不到。當然，因為山荷葉是日本的植物，如果有日文的文獻歡迎提供！
其實這個原理聽來頗合理，尤其是去年在《科學》上有一篇超有趣的論文，提到當植物因為ABCG5運輸蛋白發生突變，造成植物內部充滿了水分，而這使得植物的胚軸（hypocotyl）變透明（有興趣的讀者也可以參考我的科普文）。所以，我認為山荷葉應該的確是因為花瓣細胞之間的空隙在淋雨之後充滿了水，於是就變透明了。而且，當它的花瓣曬乾以後，又會變成白色，這也間接證明了花瓣的透明與否與水分的關係。
這麼有趣的植物，當然會有人想到，能不能研發出一種類似的材料，在環境因素轉換後，會變透明呢？最近有個研究就開發出一種材料，在溫度上升到37度C時，會變透明！
要製造出像植物一樣的構造當然不容易，但是，如果能找到一種材料的熔點（melting point）在37度C左右，這樣當溫度達到37度C時，這個材料就會發生相變（從固態變成液態），這樣就會變得可以透光！
研究團隊找到了這種材料：二十烷（eicosane）。
二十烷顧名思義就是有20個碳的烷，它的化學式為C20H42，過去因為它的高閃點（大約180°C左右），令它成為低效能的燃油，使得二十烷在工業石油化學中沒有被太多地使用。過去最常見的，就是用正二十烷（二十烷的直鏈同分異構體）來製成石蠟。它是製成石蠟的原料之一，而且是用於製作蠟燭的化合物中分子最短的。
不過，由於二十烷的熔點不太高（36-38℃），所以它也可以做成可以經過相變儲能和控制溫度的相變儲能材料（PCM）。在最近的研究，他們就是利用二十烷的低熔點，來製作這種溫度到了37度C就會變透明的新材料。
研究團隊以聚氨酯（PU，polyurethane）為基材，將二十烷作為相變材料塗在PU纖維表面。他們利用靜電噴塗技術將二十烷均勻塗覆。
為什麼選擇PU，是因為PU的折射率為1.51，和液態二十烷的折射率（1.4425）相近。也就是說，當二十烷變為液態時，這兩種材料之間的折射率就相差很小，意味著它可能會變透明。
結果他們發現，這種材料在溫度達到37度C以上時，就可以快速（大約5秒）從不透明轉變為透明狀態！它的透光率超過90%！
因為是利用二十烷在37度C時由固態轉成液態後，纖維-空氣界面的光反射和散射就大為降低，於是材料就從不透明變為透明；當然也因為這樣，所以這個材料的「變透明」就像山荷葉的花一樣，是可逆的。當溫度降到37度C以下，二十烷就會回到固態（結晶化），材料就恢復為不透明的了。
這樣的材料可以做什麼呢？科學家認為，可以將這種材料用來做智慧型溫度監測、溫室玻璃、智慧調光窗戶，甚至可以用來做防偽標籤。不過，對於用來做溫室的玻璃，我個人是有點懷疑啦，畢竟溫室在溫度上升時，應該是要減少光照而不是提高光照，所以到37度C變透明的玻璃，感覺好像是提油救火？
不過，再怎麼說，這還是一個很好的仿生學應用，展示了如何從自然現象中獲得靈感來開發新型智慧材料。透過觀察和理解自然界中的奇妙現象，研究團隊成功開發出具有類似功能的人工材料。很好玩的！
參考文獻：
Zhao, C., Liu, G., Lin, Y., Li, X., Meng, N., Wang, X., Fu, S., Yu, J., & Ding, B. (2024). Diphylleia Grayi-Inspired Intelligent Temperature-Responsive Transparent Nanofiber Membranes. Nano-Micro Letters, 16(1), 65. https://doi.org/10.1007/s40820-023-01279-z
Ganesh M. Nawkar et al., Air channels create a directional light signal to regulate hypocotyl phototropism. Science 382, 935-940(2023). DOI:10.1126/science.adh9384
