動(dòng)態(tài)色彩控制在顯示器、數(shù)據(jù)加密和信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。相比傳統(tǒng)僅限于表面層級(jí)的顏色調(diào)控方法，時(shí)空色彩控制能夠利用光的波長(zhǎng)、偏振、相位等變化以實(shí)現(xiàn)立體彩色像素的三維操控，提升信息容量和多功能性。藍(lán)相液晶具有分子級(jí)自組裝的三維周期排列的手性結(jié)構(gòu)、快速響應(yīng)和可調(diào)偏振顏色，成為理想的光學(xué)信息操控平臺(tái)，在3D柔性顯示器中展現(xiàn)出應(yīng)用前景?，F(xiàn)有研究多依賴外部刺激，缺乏自適應(yīng)顏色變化的能力。特別是，藍(lán)相液晶在微尺度多手性顏色單元的時(shí)空調(diào)制和可編程圖案化方面面臨挑戰(zhàn)。

近日，中國(guó)科學(xué)院院士、理化技術(shù)研究所研究員江雷與研究員王京霞團(tuán)隊(duì)，基于開(kāi)放式可打印的雙手性聚合物模板藍(lán)相膜，提出了由墨水自發(fā)擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)3D手性顏色單元的可編程打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了雙重手性圖案的時(shí)間和空間多維動(dòng)態(tài)調(diào)控。研究通過(guò)多手段深度原位表征，揭示了墨水?dāng)U散典型的時(shí)間依賴幾何擴(kuò)展和梯度濃度變化特征，闡明了由異質(zhì)擴(kuò)散引起的非線性帶隙演化，推動(dòng)了顏色調(diào)制的多維可控性。研究通過(guò)有限元分析和數(shù)學(xué)建模，建立了墨水?dāng)U散動(dòng)力學(xué)、藍(lán)相晶格變形與三維衍射光學(xué)信息之間的動(dòng)態(tài)定量關(guān)系。進(jìn)而，研究引入機(jī)器學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)了基于材料屬性、印刷參數(shù)和環(huán)境因素調(diào)節(jié)的顏色時(shí)空編程。定制的印刷圖案能夠響應(yīng)溫度變化，展示自適應(yīng)“開(kāi)/關(guān)”狀態(tài)，表現(xiàn)出良好的色彩穩(wěn)定性。

進(jìn)一步，該工作對(duì)優(yōu)化氟硅烷修飾藍(lán)相聚合物模版中墨水的可控自發(fā)擴(kuò)散和動(dòng)態(tài)行為提出了新見(jiàn)解，推動(dòng)了多維手性加密的實(shí)施，為疫苗效果的視覺(jué)監(jiān)測(cè)提供了時(shí)間-溫度指示器的設(shè)計(jì)思路。該工作開(kāi)發(fā)的雙手性藍(lán)相聚合物體系使單手性到雙手性圖案模式的切換成為可能，衍生出創(chuàng)新的時(shí)空加密策略，為未來(lái)的智能響應(yīng)系統(tǒng)提供了新思路。這一研究推動(dòng)了動(dòng)態(tài)色彩控制技術(shù)的發(fā)展，為全息顯示、光各向異性加密和智能傳感器設(shè)備設(shè)計(jì)以及下一代智能響應(yīng)系統(tǒng)、空間光調(diào)制器、自適應(yīng)傳感器設(shè)備和安全通信應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果以Spatiotemporal Programmability of 3D Chiral Color Units Driven by Ink Spontaneous Diffusion towards Customized Printing為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中荷國(guó)際合作項(xiàng)目等的支持。

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