革命性颜色可调光子器件的开发

浦项科技大学 (POSTECH) 的一个团队由电气工程系的 Su Seok Choi 教授和博士生 Seungmin Nam 领导，开发出一种新型可拉伸光子装置，可以控制各个方向的光波长。这项开创性的研究于 5 月 22 日发表在《光：科学与应用》杂志上。

结构色是通过光与微观纳米结构的相互作用产生的，无需依赖传统的混色方法即可产生鲜艳的色调。传统显示器和图像传感器混合三原色(红、绿、蓝)，而结构色技术则利用光的固有波长，从而产生更生动、更多样化的彩色显示。这种创新方法正逐渐被认可为纳米光学和光子学行业一项有前途的技术。

传统的混色技术使用染料或发光材料，仅限于被动和固定的颜色表示。相比之下，可调色技术可以动态控制与特定光波长相对应的纳米结构，从而可以自由调整纯色。以前的研究主要局限于单向颜色调节，通常将颜色从变为蓝色。逆转这种转变——从蓝色到波长较长的——一直是一个重大挑战。当前的技术仅允许向较短波长进行调整，因此很难在理想的自由波长方向上实现多样化的颜色表示。因此，需要一种能够双向和全向调节波长的新型光学装置，以最大限度地利用波长控制技术。

Choi 教授的团队通过将手性液晶弹性体 (CLCE) 与介电弹性体致动器 (DEA) 相结合来解决这些挑战。CLCE 是一种能够改变结构颜色的柔性材料，而 DEA 则能够响应电刺激而诱导介电体发生柔性变形。该团队优化了致动器结构，使其能够同时进行膨胀和收缩，并将其与 CLCE 相结合，开发出了一种高度适应性的可拉伸设备。该设备可以自由调整可见光谱中的波长位置，从较短波长到较长波长，反之亦然。

研究人员在实验中证明，基于 CLCE 的光子装置可以利用电刺激控制可见光波长范围内(从 450nm 的蓝色到 650nm 的)的结构颜色。与之前仅限于单向波长调谐的技术相比，这代表了重大进步。

这项研究不仅为先进的光子器件建立了基础技术，而且凸显了其在各种工业应用方面的潜力。

蔡教授表示：“该技术可应用于显示器、光学传感器、光学伪装、直接光学模拟加密、仿生传感器和智能可穿戴设备等众多涉及光、颜色和可见光波段以外的宽带电磁波的应用。我们的目标是通过持续的研究扩大其应用范围。”

该研究得到了三星电子三星研究资助与孵化中心以及韩国工业技术规划与评估研究所技术创新计划(灵活智能可变信息显示器)的支持。

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