一棵正在“生長的蘋果樹”，隨著溫度的微妙變化，樹干、樹葉、果實(shí)依次呈現(xiàn)不同色彩，如同一幅精美畫卷，仿佛自然生長出來的……這不是“魔法”，是科研人員精準(zhǔn)控制顏色變化的結(jié)果。

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所王京霞團(tuán)隊，利用三種液晶墨水的溫度響應(yīng)差異，通過噴墨打印分層印刷策略，實(shí)現(xiàn)了可感知溫度的動態(tài)視覺顯示效果。該研究為復(fù)雜動態(tài)圖案的可編程化與多維光學(xué)加密，提供了新的技術(shù)路徑。

▲多層級動態(tài)圖案“生長的蘋果樹”

01

控制復(fù)雜多色圖案

動態(tài)顏色控制，是生物體通過適應(yīng)環(huán)境變化的一種重要機(jī)制。如何實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜的多色圖案進(jìn)行控制，仍然是該領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。

研究團(tuán)隊尋找到了三種液晶分子墨水——4-氰基-4'-戊基聯(lián)苯（5CB）、4-氰基-4'-己基聯(lián)苯（6CB）和4-氰基-4'-辛基聯(lián)苯（8CB）。這三種墨水的粘度和相態(tài)的溫度響應(yīng)，有較大差異。

▲三種液晶分子墨水的擴(kuò)散機(jī)制

這些液晶墨水通過噴墨打印分層印刷策略，應(yīng)用于藍(lán)相液晶手性光子薄膜上，使得構(gòu)筑在薄膜上的圖案在不同溫度下能夠按區(qū)域依次顯色。

這種方式就像為圖案的不同部位安裝了智能溫控開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了可感知溫度的動態(tài)視覺顯示效果。

研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，5CB墨水粘度最低，能在30分鐘內(nèi)完成從紅到藍(lán)的快速變色；而8CB墨水由于粘度較高，需要3小時才能展現(xiàn)完整的色彩變化。這種差異化的響應(yīng)特性，成為操控圖案動態(tài)變化的關(guān)鍵。

02

給信息安裝

“時間加密鎖”

這項技術(shù)不僅限于色彩變化，還可用于信息加密。

該研究團(tuán)隊設(shè)計了一種雙層防偽二維碼，其中上層二維碼由5CB和6CB墨水打印，底層二維碼采用8CB墨水構(gòu)建。在30℃下，5CB和6CB迅速擴(kuò)散，形成二維碼1，但8CB仍保持無色；當(dāng)溫度升高至40℃，8CB才逐漸顯色，二維碼2才會完整顯現(xiàn)。

▲研究團(tuán)隊設(shè)計的雙重信息嵌套二維碼

這種依賴溫度變化的動態(tài)加密方式，為傳統(tǒng)防偽標(biāo)簽引入了時間維度的安全性。即便偽造者成功復(fù)制了圖案形態(tài)，他們?nèi)詿o法模仿其特定溫度觸發(fā)的動態(tài)響應(yīng)，從而極大提高了信息安全性。

03

應(yīng)用前景廣闊

這種動態(tài)色彩變化，得益于藍(lán)相液晶獨(dú)特的三維螺旋超結(jié)構(gòu)，和多種無色液晶墨水的擴(kuò)散相互作用，能夠?qū)Νh(huán)境溫度敏感，從而調(diào)整光反射波長，使印刷圖案呈現(xiàn)精準(zhǔn)的顏色漸變。

▲多層級動態(tài)圖案“花鳥畫”

基于此，研究團(tuán)隊還與植物、藝術(shù)等領(lǐng)域結(jié)合，構(gòu)建了包括上述“變色的蘋果樹”、動態(tài)花鳥畫等多層級動態(tài)圖案。

該研究團(tuán)隊用5CB勾勒飛鳥，6CB繪制花卉，8CB點(diǎn)綴枝葉。在25℃常溫下，畫面呈現(xiàn)靜謐的單一色調(diào)，隨著溫度梯度增加，飛鳥羽翼漸現(xiàn)金黃，花朵次第綻放嫣紅，葉片在墨綠與青藍(lán)間流轉(zhuǎn)。這種基于科學(xué)原理的色彩變化，賦予了傳統(tǒng)繪畫嶄新的生命力。

從動態(tài)顯示到防偽加密，再到藝術(shù)創(chuàng)新，這項研究有望在未來的智能包裝、交互式顯示和高安全防偽等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用。

來源：中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所

責(zé)任編輯：宋同舟