動態(tài)色彩控制在顯示器、數(shù)據(jù)加密和信息存儲等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。相比傳統(tǒng)僅限于表面層級的顏色調(diào)控方法，時空色彩控制能夠利用光的波長、偏振、相位等變化以實現(xiàn)立體彩色像素的三維操控，提升信息容量和多功能性。藍相液晶具有分子級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，在3D柔性顯示器中展現(xiàn)出應(yīng)用前景。現(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，藍相液晶在微尺度多手性顏色單元的時空調(diào)制和可編程圖案化方面面臨挑戰(zhàn)。

近日，中國科學(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隊，基于開放式可打印的雙手性聚合物模板藍相膜，提出了由墨水自發(fā)擴散驅(qū)動的動態(tài)3D手性顏色單元的可編程打印技術(shù)，實現(xiàn)了雙重手性圖案的時間和空間多維動態(tài)調(diào)控。研究通過多手段深度原位表征，揭示了墨水擴散典型的時間依賴幾何擴展和梯度濃度變化特征，闡明了由異質(zhì)擴散引起的非線性帶隙演化，推動了顏色調(diào)制的多維可控性。研究通過有限元分析和數(shù)學(xué)建模，建立了墨水擴散動力學(xué)、藍相晶格變形與三維衍射光學(xué)信息之間的動態(tài)定量關(guān)系。進而，研究引入機器學(xué)習(xí)，實現(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/關(guān)”狀態(tài)，表現(xiàn)出良好的色彩穩(wěn)定性。

進一步，該工作對優(yōu)化氟硅烷修飾藍相聚合物模版中墨水的可控自發(fā)擴散和動態(tài)行為提出了新見解，推動了多維手性加密的實施，為疫苗效果的視覺監(jiān)測提供了時間-溫度指示器的設(shè)計思路。該工作開發(fā)的雙手性藍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)新的時空加密策略，為未來的智能響應(yīng)系統(tǒng)提供了新思路。這一研究推動了動態(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《先進材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中荷國際合作項目等的支持。

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