近年來,智能顯示、高容量存儲、高安全加密和多層級防偽等領(lǐng)域?qū)邆涠嘀毓δ艿墓鈱W成像系統(tǒng)的需求日益增長。這促使研究者們不斷探索和開發(fā)能夠傳輸不同光學信號并能夠同時處理多項任務(wù)的光學材料以及光學復(fù)用技術(shù)。然而,現(xiàn)有的光學復(fù)用技術(shù)通常依賴于復(fù)雜繁瑣、成本高昂的制造和編碼步驟,且由此產(chǎn)生的光學平臺一旦制備完成,寫入的信息通常不可重新編輯,因此無法形成新的功能,在材料的可重復(fù)使用性、可持續(xù)性以及信息更新和替換等方面沒有優(yōu)勢。此外,絕大部分現(xiàn)有的光學復(fù)用技術(shù)僅限于在2D平面上編碼信息,無法在第三維度上操縱光束,從而限制了在三維空間中編碼信息的能力。具有空間立體構(gòu)型的3D光學平臺引入的空間自由度有利于提高信息存儲容量、成像維度以及加密級別。因此,開發(fā)新型的復(fù)用技術(shù),即能夠通過簡單、綠色和可擴展的制造和編碼方法創(chuàng)建在二維和三維空間中具備成像能力的可重寫和可重編程多功能光學平臺具有迫切需求。
近日,南京大學現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學學院王瑜副教授、陸延青教授團隊以具有優(yōu)異環(huán)境友好性和生物相容性的天然蠶絲蛋白為基質(zhì)材料,發(fā)展了水蒸氣誘導(dǎo)的多策略納米壓印技術(shù)以及多模態(tài)三維變形技術(shù),進而構(gòu)建了大尺度、可擦寫、可重復(fù)編程、多功能的光學成像系統(tǒng)。該光學平臺展現(xiàn)了2D/3D信息編碼、多通道成像、以及多模式信息復(fù)用的能力,在多維度顯示、多階段加密、多層不可克隆防偽、以及3D高安全加密等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)工作以“All-protein-based rewritable and reprogrammable multifunctional optical imaging platforms via multi-strategy imprinting and multimodal 3D morphing”為題發(fā)表在《Matter》上。
圖1:絲蛋白基多功能光學成像平臺的概念、機理和性能。(A、B)基于蠶絲蛋白的2D和3D光學成像平臺。(C、D)無定形和結(jié)晶性絲膜的壓印和3D變形機制。(E)尺寸為5×5 cm的壓印光柵結(jié)構(gòu)的絲膜。(F)附著于玻璃器皿的平面和曲面部位的圖案化蛋白薄膜。(G)具有復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)的彩色絲膜。(H)顯示二維碼的無定形絲膜在水中的快速溶解。
本研究提出的水蒸氣操控策略可以時空方式精確控制,再加上壓印微結(jié)構(gòu)的可重寫性,為建復(fù)雜的多譜圖案提供了一種可靠的方法。為了展示單個絲膜平臺可集成的廣泛光學功能,他們設(shè)計了一系列壓印策略。借助局部重寫策略,實現(xiàn)了不同周期光柵結(jié)構(gòu)的集成及多色圖案化構(gòu)建(圖3A)。發(fā)展了像素化壓印策略,實現(xiàn)了復(fù)雜圖案的制備(圖3B)。進一步利用雙面壓印策略,在蛋白膜兩側(cè)構(gòu)建了不同周期的光柵結(jié)構(gòu),通過切換觀測角度,實現(xiàn)了圖案的可逆轉(zhuǎn)換(圖3C-E)。另外,雙面壓印也賦予了衍射圖案的融合(圖3F)。
圖3:通過整合不同的光學元件,設(shè)計復(fù)雜的動態(tài)顯示系統(tǒng)。(A)基于局部重寫得到的“!弊謭D案。(B)基于像素化壓印得到的“天秤座星空”圖案。(C)不同觀測角度下的多色風景圖案。(D、E)基于雙面壓印的動態(tài)結(jié)構(gòu)色系統(tǒng)。(F)基于雙面納米壓印的集成衍射圖樣。
圖5:3D多向顯示和高級加密器件。(A)多面結(jié)構(gòu)色圖像和多方向全息圖像在單個立方體形狀中的集成。(B)通過可重寫的2D光柵結(jié)構(gòu)和可重構(gòu)的結(jié)構(gòu)的編程組合來記錄和形成不同的集成衍射圖案。(C)基于可編程3D架構(gòu)的信息加密。
原文鏈接:https://authors.elsevier.com/a/1idh59Cyxd6qZ-
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