柔性全息显示器:通过拉伸就能切换显示信息


嵌入金纳米棒的隐形眼镜可能成为新一代的全息显示器。



近年来,材料学取得的巨大成就之一就是,合成的超材料和超表面具有自然界中不存在的特殊光学性质。这些材料中的重复单元可以与电磁波相互作用,反射,弯曲和扭曲光的传播路径。目前,研究人员已经成功开发出了负折射率材料、超分辨率透镜和可用于隐形斗篷的新材料。在反射学领域,当下热门的超表面材料可以用于平面透镜、涡流发生器,甚至作为计算机全息图像的显示器。


今天,我们将介绍材料科学家是如何利用这项技术的。首先,我们要感谢费城宾夕法尼亚大学的斯蒂芬妮(Stephanie Malek)和她的合作伙伴。他们将全息影像打印在一个超表面上,并且影像会随着膜的拉伸而变化。这提供了一种全新的显示器工作方式——通过拉伸来切换显示的信息。超表面从理论上讲并不难理解:无数微小导电棒阵列的排列方式可以影响光反射的方式


因此,通过改变导电棒的排列方向,就可以使反射光产生相应的图案。而特定全息图对应的导电棒排列方式可以由简单的计算机程序计算出来。这种技术的第一步是将金纳米棒阵列嵌入到柔性膜中。在该项研究中,研究人员使用了一种称为“PDMA”的类似于隐形眼镜材料的聚合物。实验中,斯蒂芬妮用塑料材料覆盖硅晶片,然后用光刻法得到特定的图案。


然后,她在塑料层上镀一层金,然后将另一层PDMA浇注到表面上,用以覆盖金纳米棒,并填充层与层之间的间隙。最后,研究人员将含有金纳米棒的PDMA层剥离,得到了产生全息图案需要的结构。


斯蒂芬妮还进一步发展了这种技术,通过在距表面不同的地方创建图案,使一个全息图结构包含两个或更多的图像。另外,通过拉伸,研究人眼可以改变纳米棒之间的距离,放大全息图的信息,并且改变它们与膜之间的距离。斯蒂芬妮说,通过拉伸,我们可以实现设备在不同全息图像之间的切换。例如,在拉伸状态下,全息图像从第一图案切换到第二图案;当拉伸力撤销时,图像又恢复到第一图案。


该团队已经测试了一些简单的显示图案,例如在显示数字“one”之后显示数字“two”;在显示圆形之后显示正方形和三角形。该技术还可用于全新的显示屏。斯蒂芬妮说:“可拉伸超表面全息图可用于虚拟现实、平面显示器和光通信等领域。”目前,研究人员已经成功展示了这种材料可以作为变焦透镜的可拉伸表面,在拉伸后图像放大1.7倍。超表面正逐渐接近于商业化,让我们拭目以待它的发展吧!




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