加州大学圣地亚哥分校的工程师研制出一款新型光学装置，能够根据周围空气湿度的不同，显示或隐藏特定图像，并同步改变自身颜色。相关成果发表在期刊《Light: Science & Applications》上，被认为有望推动新一代防伪标签、安全数据存储、交互式显示以及环境传感器等技术的发展。

这款装置会对环境湿度做出可视化响应：在正常或较低湿度下，装置呈现的是一幅图像——加州大学圣地亚哥分校的海神标志；当湿度升高时，第二幅图像——加州大学圣地亚哥图书馆标志——会显现出来并覆盖第一幅图像。即便只是有人对着装置轻轻呼气，也足以触发这种图像切换。整个过程耗时不到一秒，而且可以反复进行。

研究第一作者、加州大学圣地亚哥分校电气与计算机工程系博士后研究员 Asad Nauman 表示：“可以把环境本身看作一把钥匙，用来解锁不同的信息，从而实现内置的安全功能。”他举例说，这种装置可以做成类似信用卡上的安全标签，人们只需对其吹气，就能显示隐藏的代码；也可以用作随湿度变化而改变颜色的环境传感器。

双层光学装置的结构

这款光学装置尺寸约为邮票大小，由上下两层材料构成。底层采用相变材料三硫化锑，作为可重复写入的存储介质。研究人员可以利用激光在这一层上写入、擦除并重新写入图像。顶层则是由叠氮基接枝羧甲基纤维素制成的水凝胶，这种柔软材料在潮湿环境中会膨胀，在干燥环境中则会收缩。通过紫外光照射，可以在水凝胶层上永久形成图案。

该研究源自纳米器件与应用光学（NDAO）实验室的跨学科合作。实验室由加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院电气与计算机工程系教授、论文资深作者 Abdoulaye Ndao 领导。团队成员将相变光子材料与响应性水凝胶两类性质迥异的材料体系进行协同整合，最终构建出这一双层光学装置。

Ndao 指出，这种分层设计有望为计算相关领域带来新的数据存储方式：“可以在同一空间的不同层中编码不同的信息，再通过湿度条件来选择访问哪一层内容。”

湿度驱动的颜色变化

除了图像切换外，装置在不同湿度下还会呈现不同颜色。这一现象源于两层材料之间存在的微小间隙。虽然间距极小，但影响显著：当水凝胶层随湿度膨胀或收缩时，层间距离随之改变，从而改变光在结构中的反射行为，最终表现为装置颜色的变化。

图像和颜色的变化几乎是同步完成的：在湿度发生变化后，大约 300 毫秒内就能观察到明显的视觉响应。此外，这两层材料都适合低成本、大面积制备，便于未来规模化生产。研究团队还计划进一步开发可通过电信号进行控制的新版本装置，以拓展其在信息显示和数据存储方面的应用潜力。