一棵正在“生长的苹果树”，随着温度的微妙变化，树干、树叶、果实依次呈现不同色彩，如同一幅精美画卷，仿佛自然生长出来的……这不是“魔法”，是科研人员精准控制颜色变化的结果。
中国科学院理化技术研究所王京霞团队，利用三种液晶墨水的温度响应差异，通过喷墨打印分层印刷策略，实现了可感知温度的动态视觉显示效果。该研究为复杂动态图案的可编程化与多维光学加密，提供了新的技术路径。
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▲多层级动态图案“生长的苹果树”
01
控制复杂多色图案
动态颜色控制，是生物体通过适应环境变化的一种重要机制。如何实现对复杂的多色图案进行控制，仍然是该领域亟待解决的关键问题。
研究团队寻找到了三种液晶分子墨水——4-氰基-4'-戊基联苯（5CB）、4-氰基-4'-己基联苯（6CB）和4-氰基-4'-辛基联苯（8CB）。这三种墨水的粘度和相态的温度响应，有较大差异。
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▲三种液晶分子墨水的扩散机制
这些液晶墨水通过喷墨打印分层印刷策略，应用于蓝相液晶手性光子薄膜上，使得构筑在薄膜上的图案在不同温度下能够按区域依次显色。
这种方式就像为图案的不同部位安装了智能温控开关，从而实现了可感知温度的动态视觉显示效果。
研究团队发现，5CB墨水粘度最低，能在30分钟内完成从红到蓝的快速变色；而8CB墨水由于粘度较高，需要3小时才能展现完整的色彩变化。这种差异化的响应特性，成为操控图案动态变化的关键。
02
给信息安装
“时间加密锁”
这项技术不仅限于色彩变化，还可用于信息加密。
该研究团队设计了一种双层防伪二维码，其中上层二维码由5CB和6CB墨水打印，底层二维码采用8CB墨水构建。在30℃下，5CB和6CB迅速扩散，形成二维码1，但8CB仍保持无色；当温度升高至40℃，8CB才逐渐显色，二维码2才会完整显现。
▲研究团队设计的双重信息嵌套二维码
这种依赖温度变化的动态加密方式，为传统防伪标签引入了时间维度的安全性。即便伪造者成功复制了图案形态，他们仍无法模仿其特定温度触发的动态响应，从而极大提高了信息安全性。
03
应用前景广阔
这种动态色彩变化，得益于蓝相液晶独特的三维螺旋超结构，和多种无色液晶墨水的扩散相互作用，能够对环境温度敏感，从而调整光反射波长，使印刷图案呈现精准的颜色渐变。
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▲多层级动态图案“花鸟画”
基于此，研究团队还与植物、艺术等领域结合，构建了包括上述“变色的苹果树”、动态花鸟画等多层级动态图案。
该研究团队用5CB勾勒飞鸟，6CB绘制花卉，8CB点缀枝叶。在25℃常温下，画面呈现静谧的单一色调，随着温度梯度增加，飞鸟羽翼渐现金黄，花朵次第绽放嫣红，叶片在墨绿与青蓝间流转。这种基于科学原理的色彩变化，赋予了传统绘画崭新的生命力。
从动态显示到防伪加密，再到艺术创新，这项研究有望在未来的智能包装、交互式显示和高安全防伪等诸多领域得到应用。
来源：中国科学院理化技术研究所
责任编辑：宋同舟