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  動態(tài)顏色控制是生物體通過適應環(huán)境變化實現(xiàn)的一種重要機制，近年來，隨著響應性材料的不斷發(fā)展，研究者們逐漸能夠?qū)崿F(xiàn)對顏色變化的精確調(diào)控，尤其是在液晶材料領域。特別地，藍相液晶（BPLC）是一種3D手性螺旋超結構，由于其獨特的光學特性，如可調(diào)節(jié)的結構顏色和圓偏振光反射，成為研究熱點。然而，要在實際應用中利用BPLC材料實現(xiàn)復雜的多色圖案控制，仍面臨一些重大挑戰(zhàn)。盡管噴墨打印技術為高分辨率、多色圖案的實現(xiàn)提供了有效途徑，但如何獨立控制區(qū)域顏色、精確調(diào)節(jié)顏色變化速率和持續(xù)時間，尤其是針對液晶墨水的溫度和時間依賴性行為，仍然是該領域亟待解決的關鍵問題。

  中國科學院理化技術研究所江雷院士、王京霞研究員團隊在藍相液晶（BPLC）領域取得了一系列重要突破。團隊率先利用商用液晶材料成功制備出具有寬溫域、高品質(zhì)的藍相液晶聚合物（J. Mater. Chem. C, 2019, 7: 9460）。在此基礎上，通過透射電鏡、同步輻射、2D光學表征等多種先進手段，揭示了藍相液晶的馬氏體轉變機制（Nat. Commun. 2021, 12, 3477），并深入研究了聚合物藍相液晶的光學熱穩(wěn)定性（Adv. Funct. Mater. 2024, 2412439）。進一步，團隊開發(fā)了基于聚合物藍相液晶的高品質(zhì)激光諧振腔，通過調(diào)控帶隙變化實現(xiàn)了單模、雙模、三模及四模激射的可控調(diào)制（Adv. Mater., 2022, 34, 2108330）。通過優(yōu)化聚合物藍相液晶的組成及聚合度，團隊成功將藍相激射的溫域擴展至超過400°C（-180~230°C）（Adv. Mater., 2022, 34, 2206580; Adv. Mater., 2024, 2308439）。此外，團隊還將藍相液晶模板應用于光子紙領域，通過將聚合物模板藍相（PTBPs）與噴墨打印技術相結合，利用小分子液晶5CB作為墨水，實現(xiàn)了高精度“活”圖案的制備（Adv. Funct. Mater. 2022, 32 (15), 2110985），并進一步實現(xiàn)了3D手性色彩單元的可編程時空調(diào)控與加密（Adv. Mater. 2025, 37 (4), 2411988）。

  然而，由于液晶墨水復雜的相變特性、流體特性以及與BPLC聚合物網(wǎng)絡的相互作用，如何實現(xiàn)對區(qū)域顏色的獨立“開/關”控制，并深入理解不同液晶墨水決定的顏色變化隨溫度和時間變化的行為，仍然是一項重大挑戰(zhàn)。這一難題極大地限制了基于BPLC的高分辨率復雜動態(tài)圖案的開發(fā)及其潛在應用。

  近日，該研究團隊基于疏水改性藍相聚合物模板（FAS-BPPT），系統(tǒng)研究了三種液晶墨水（5CB、6CB、8CB）的擴散動力學，揭示了墨水相變特性、流體性質(zhì)與聚合物網(wǎng)絡相互作用的深層規(guī)律。實驗表明，墨水滲透會引發(fā)反射帶隙的“紅移-藍移”兩階段變化，而溫度可通過調(diào)控墨水粘度和擴散速率，靈活控制顏色變化速率與持續(xù)時間。例如，低粘度的5CB墨水擴散最快，顏色變化范圍最廣；高粘度的8CB則需更長時間觸發(fā)，但顏色穩(wěn)定性更優(yōu)。這一突破性研究為復雜動態(tài)圖案的可編程化與多維光學加密提供了新的技術路徑，推動了藍相液晶在智能顯示、信息加密等領域的應用發(fā)展。

  此外，基于墨水特性差異，團隊成功構建了多層級動態(tài)圖案。例如：

• “生長的蘋果樹”：通過分層印刷5CB（樹葉、樹干）與8CB（蘋果），在溫度梯度下依次觸發(fā)顏色變化，模擬植物生長過程。

• 嵌套QR碼：利用不同墨水的時間響應差異，設計雙層加密信息，僅在特定溫度下逐級解密，顯著提升防偽安全性。

• 傳統(tǒng)花鳥畫：結合5CB、6CB、8CB的區(qū)域印刷，實現(xiàn)黃、紅、綠多色動態(tài)漸變，展現(xiàn)藝術與科技的融合。

  這些圖案不僅支持裸眼動態(tài)觀測，還具備圓偏振光選擇性反射特性，為多維光學加密提供了新思路。

圖1. PS-BPLC和FAS-BPPT的制備與表征。A) 可打印BPPT的制備過程示意圖（A₁, A₂）及來自不同墨水（5CB、6CB和8CB）的多色印刷圖案（A₃, A₃''）；B) POM圖像：B₁) PS-BPLC和B₂) FAS-BPPT，插圖為對應的反射光譜，B₃, B₃'') FAS-BPPT的同步輻射超小角X射線散射（syn-USAXS）；C) Kossel圖案，D) TEM圖像：C₁, D₁) PS-BPLC和C₂, D₂) FAS-BPPT。

圖2. 5CB墨水的滲透行為及不同溫度下FAS-BPPT的對應顏色變化過程。A) POM圖像和B) 打印點的反射光譜，在A₁, B₁) 30 ?C, A₂, B₂) 35 ?C時。C₁, C₂) 打印點的中心波長(λ_center)變化，C₃) 打印點的顏色隨時間變化。D) 不同溫度下打印點的λ_red和半徑。E) 模擬結果：E₁) 打印點半徑的變化，E₂) 墨水的滲透深度，E₃) 不同溫度下基底表面墨水剩余體積隨時間變化。隨著溫度升高，打印點的紅/藍移速率增加，導致顏色保留時間縮短。

圖3. 40 ?C下5CB、6CB和8CB墨水在FAS-BPPT上的滲透行為和顏色變化過程。A) 打印點的POM圖像（i-iv）和反射光譜（v），墨水A₁) 5CB，A₂) 6CB，A₃) 8CB，在40 ?C下的情況。B₁, B₂) 5CB、6CB和8CB墨水打印點的中心波長(λ_center)和B₃) 顏色變化。C) BPPT填充不同墨水時的λ_center和膨脹比。5CB墨水的打印點表現(xiàn)出最快的顏色變化速率和最寬的顏色變化范圍，而8CB墨水的打印點則表現(xiàn)出最慢的顏色變化速率和最窄的顏色變化范圍。

圖4. 打印點的動態(tài)顏色變化總結，基于墨水類型和溫度。A) 不同顏色機制的示意圖：A₁) 在不同溫度下，A₂) 使用不同墨水打印時。B) 打印點的中心波長(λ_center)與時間的關系，B'') 放大圖。C) 打印點的顏色動態(tài)隨時間變化。對于單一墨水，打印點的紅/藍移速率隨著溫度升高而增加，從而導致顏色保留時間縮短。對于不同墨水，5CB墨水的打印點表現(xiàn)出最快的顏色變化速率和最寬的顏色變化范圍，而8CB墨水的打印點則表現(xiàn)出最慢的顏色變化速率和最窄的顏色變化范圍。

圖5. 傳統(tǒng)中國鳥花畫的制備與表征，通過使用5CB、6CB和8CB進行打印。A) 使用5CB、6CB和8CB墨水分別表現(xiàn)黃色、紅色和綠色的圖案打印示意圖。B) 拍攝的照片：B₁) 無濾光片，B₂) 左旋偏光濾光片，B₃) 右旋偏光濾光片。C) 打印區(qū)域的反射光譜：C₁) 5CB，C₂) 6CB，C₃) 8CB，插圖：打印區(qū)域在0.5小時的POM圖像，C₄) 打印區(qū)域在30天內(nèi)中心波長(λ_center)的變化。

圖6. 用5CB和8CB打印的“生長中的蘋果樹”動態(tài)圖案。A) 動態(tài)多色圖案的示意圖，通過采用5CB和8CB的多層打印方式實現(xiàn)。B) 照片：B₀) BPPT，打印的動態(tài)蘋果樹，B₁) 0小時，B₂) 30 ?C下5小時后，B₃) 35 ?C下11小時后。C) 圖案的反射光譜：C₁) 葉子，C₂) 樹干，C₃) 蘋果。C₄) 加熱時葉子、樹干和蘋果圖案的中心波長(λ_center)變化。

圖7. 通過使用5CB、6CB和8CB打印制備的雙層二維碼動態(tài)多級加密。A₁) 設計示意圖，A₂) 5CB、6CB和8CB的顏色變化，A₃) 雙層二維碼的動態(tài)變化過程。B) 打印的動態(tài)二維碼照片，顯示第一條和第二條信息。

  該研究成果以“Temperature-Time-Dependent Dynamic Pattern from Multi-Inks Printing Based on Chiral Helix Superstructure”為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials。該文章通訊作者為王京霞研究員。中國科學院理化所碩士生別智瑩和直博生楊文杰為文章共同第一作者。工作中相關藍相液晶晶格結構的表征由上海高能所李秀宏研究員協(xié)助完成，中國科學院理化所江雷院士為本研究提供了專業(yè)指導和幫助。研究得到了國家自然科學基金項目（項目編號：52373001、51873221、52073292）及中荷國際合作項目（1A111KYSB20190072）等的資助支持。

  原文鏈接 https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202424107