近年來(lái)，智能顯示、高容量存儲(chǔ)、高安全加密和多層級(jí)防偽等領(lǐng)域?qū)邆涠嘀毓δ艿墓鈱W(xué)成像系統(tǒng)的需求日益增長(zhǎng)。這促使研究者們不斷探索和開(kāi)發(fā)能夠傳輸不同光學(xué)信號(hào)并能夠同時(shí)處理多項(xiàng)任務(wù)的光學(xué)材料以及光學(xué)復(fù)用技術(shù)。然而，現(xiàn)有的光學(xué)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(xué)平臺(tái)一旦制備完成，寫(xiě)入的信息通常不可重新編輯，因此無(wú)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(méi)有優(yōu)勢(shì)。此外，絕大部分現(xiàn)有的光學(xué)復(fù)用技術(shù)僅限于在2D平面上編碼信息，無(wú)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(xué)平臺(tái)引入的空間自由度有利于提高信息存儲(chǔ)容量、成像維度以及加密級(jí)別。因此，開(kāi)發(fā)新型的復(fù)用技術(shù)，即能夠通過(guò)簡(jiǎn)單、綠色和可擴(kuò)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(xiě)和可重編程多功能光學(xué)平臺(tái)具有迫切需求。
近日，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院王瑜副教授、陸延青教授團(tuán)隊(duì)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(jìn)而構(gòu)建了大尺度、可擦寫(xiě)、可重復(fù)編程、多功能的光學(xué)成像系統(tǒng)。該光學(xué)平臺(tái)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(xué)成像平臺(tái)的概念、機(jī)理和性能。（A、B）基于蠶絲蛋白的2D和3D光學(xué)成像平臺(tái)。（C、D）無(wú)定形和結(jié)晶性絲膜的壓印和3D變形機(jī)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(wú)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(shí)空方式精確控制，再加上壓印微結(jié)構(gòu)的可重寫(xiě)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(gè)絲膜平臺(tái)可集成的廣泛光學(xué)功能，他們?cè)O(shè)計(jì)了一系列壓印策略。借助局部重寫(xiě)策略，實(shí)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(shí)現(xiàn)了復(fù)雜圖案的制備（圖3B）。進(jìn)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(guò)切換觀測(cè)角度，實(shí)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(guò)整合不同的光學(xué)元件，設(shè)計(jì)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)。（A）基于局部重寫(xiě)得到的“福”字圖案。（B）基于像素化壓印得到的“天秤座星空”圖案。（C）不同觀測(cè)角度下的多色風(fēng)景圖案。（D、E）基于雙面壓印的動(dòng)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(jí)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(gè)立方體形狀中的集成。（B）通過(guò)可重寫(xiě)的2D光柵結(jié)構(gòu)和可重構(gòu)的結(jié)構(gòu)的編程組合來(lái)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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