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研究实现蓝相液晶3D双手性图案的时空可编程打印
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研究实现蓝相液晶3D双手性图案的时空可编程打印 2024-11-29 来源： 理化技术研究所【字体：大 中 小】语音播报 动态色彩控制在显示器、数据加密和信息存储等领域应用广泛。相比传统仅限于表面层级的颜色调控方法，时空色彩控制能够利用光的波长、偏振、相位等变化以实现立体彩色像素的三维操控，提升信息容量和多功能性。蓝相液晶具有分子级自组装的三维周期排列的手性结构、快速响应和可调偏振颜色，成为理想的光学信息操控平台，在3D柔性显示器中展现出应用前景。现有研究多依赖外部刺激，缺乏自适应颜色变化的能力。特别是，蓝相液晶在微尺度多手性颜色单元的时空调制和可编程图案化方面面临挑战。 近日，中国科学院院士、理化技术研究所研究员江雷与研究员王京霞团队，基于开放式可打印的双手性聚合物模板蓝相膜，提出了由墨水自发扩散驱动的动态3D手性颜色单元的可编程打印技术，实现了双重手性图案的时间和空间多维动态调控。研究通过多手段深度原位表征，揭示了墨水扩散典型的时间依赖几何扩展和梯度浓度变化特征，阐明了由异质扩散引起的非线性带隙演化，推动了颜色调制的多维可控性。研究通过有限元分析和数学建模，建立了墨水扩散动力学、蓝相晶格变形与三维衍射光学信息之间的动态定量关系。进而，研究引入机器学习，实现了基于材料属性、印刷参数和环境因素调节的颜色时空编程。定制的印刷图案能够响应温度变化，展示自适应“开/关”状态，表现出良好的色彩稳定性。 进一步，该工作对优化氟硅烷修饰蓝相聚合物模版中墨水的可控自发扩散和动态行为提出了新见解，推动了多维手性加密的实施，为疫苗效果的视觉监测提供了时间-温度指示器的设计思路。该工作开发的双手性蓝相聚合物体系使单手性到双手性图案模式的切换成为可能，衍生出创新的时空加密策略，为未来的智能响应系统提供了新思路。这一研究推动了动态色彩控制技术的发展，为全息显示、光各向异性加密和智能传感器设备设计以及下一代智能响应系统、空间光调制器、自适应传感器设备和安全通信应用奠定了基础。 相关研究成果以Spatiotemporal Programmability of 3D Chiral Color Units Driven by Ink Spontaneous Diffusion towards Customized Printing为题，发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到国家自然科学基金和中荷国际合作项目等的支持。 论文链接 墨水扩散驱动的3D手性颜色单元时空调控及可编程图案打印策略（基于可重构的氟硅烷修饰蓝相聚合物模版） 基于机器学习的可编程打印策略 |
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