可控全介质结构色显示技术

相比于传统的染料，结构色由于拥有高分辨率、高信息存储密度、高集成性以及不会褪色等优势而受到人们的重视。实际应用中，向动态颜色显示的过渡不可避免，但也非常必要。近日，哈尔滨工业大学的肖淑敏（点击查看介绍）团队在高亮度、高对比度二氧化钛超构表面研究的基础上（ACS Nano, 2017, 11, 4445），进一步将氧化钛超构表面和微流通道集成，实现了可见光段谐振和结构色的精确控制。

无论在现实世界还是虚拟世界中，颜色对于人们感知和判断周围的环境都至关重要。基于超构表面制备的彩色纳米打印是色彩显示科学中革命性的进步。在过去的几年中，纳米结构已经能够实现非常艳丽、广色域的颜色，且空间分辨率已提高到10⁵ dpi。然而，大多数纳米结构一旦按照一定的尺寸制备出来就无法再进行调整，因此相应的光学性质很难进行动态调整，严重阻碍了其在彩色纳米打印三维成像、动画以及防伪等潜在应用中的作用。已有的一些研究虽然能够实现超表面光学性质的调控，但响应时间通常长于实际应用的需求，因此寻找一种能够实时控制纳米结构谐振以及相应结构色的简便方法非常重要。

哈尔滨工业大学团队开发的基于集成微流通道二氧化钛结构色超构表面的可控全介质结构色显示技术很好地弥补了上述缺憾。该团队首先利用电子束曝光技术和电子束蒸镀过程成功制备出二氧化钛的超构表面结构，获得了高亮度和广色域的结构色。他们再将PDMS制备的微流通道与之集成，直接进行液体的输入和输出。由于二氧化钛对注入液体的表面亲润，液体可以快速进入超构表面的空气隙中，改变结构周围的折射率，进而引起超构表面谐振波长的移动和相应结构色的快速变化。实验中颜色调制的响应时间低至16 ms，响应时间呈量级减少，更有利于结构色在实时显示中的应用。

图1. 集成微流通道的结构色超构表面

基于该结构快速的颜色调制和高分辨率的特点，该团队还通过结构设计实现了图像信息擦除和存储的应用。这项研究为下一代结构色显示技术、信息存储、防伪，甚至生物诊断提供了基础。结合高分辨微流技术，这项研究还将实现像素级和全色的颜色调制。

图2. 微流控制的结构色变化及显示应用

图3. 颜色调制响应时间的测试

这一成果近期发表在ACS Nano 上，文章的第一作者是哈尔滨工业大学的博士研究生孙上。

该论文作者为：Shang Sun, Wenhong Yang, Chen Zhang, Jixiang Jing, Yisheng Gao, Xiaoyi Yu, Qinghai Song and Shumin Xiao

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Real-Time Tunable Colors from Microfluidic Reconfigurable All-Dielectric Metasurfaces

ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.7b07121

导师介绍

肖淑敏

http://www.x-mol.com/university/faculty/44760