教育新闻网根据一项新的研究，一种新颖的三维(3-D)非接触式交互式显示器可以通过检测环境相对湿度的细微变化，根据用户手指与屏幕的距离来改变颜色。该技术可能会在可穿戴的电子设备和电子皮肤(e-skin)中找到未来的应用，它们可人工模仿人类皮肤感知压力，温度和湿度的能力。尽管科学家们已经开发出各种交互式触摸显示器，但其中大多数涉及响应刺激而不是颜色变化而导致的发光强度或色反射强度的变化，从而可以提供更加醒目的和独特的视觉反馈。
为了开发基于结构颜色变化的非接触式交互式显示器，Han Sol Kang和材料科学，纳米工程学的同事韩国和美国的化学工程公司设计了一种新显示器，该显示器在光子晶体中使用化学交联的互穿水凝胶网络层，当手指从表面移动1到15毫米时，该层会响应水蒸气的变化。该过程可能会改变其表面结构的配置，以产生蓝色，绿色和橙色。然后，研究人员证明了通过将光子晶体基薄膜从硅表面交换到印刷的一美元钞票上，可以轻松地将基于光子晶体的薄膜从一种基底转移到另一种基底的可能性。通过将离子液体掺杂剂(会改变半导体的电性能)结合在一起作为印刷油墨，研究人员注意到了该技术在可印刷和可重写显示器中的应用。
用户交互显示器(UID)有助于可视化的不可见信息的可视化，例如触摸，嗅觉和声音，在适用于未来超连接社会的可穿戴和可修补电子产品中具有潜在的应用。能够人工模仿人类皮肤以感测温度，压力和湿度的电子皮肤的巨大需求导致了各种人类交互触摸显示器的发展。需要触摸平台来可视化刺激，而无需在3D交互式非触摸显示器上进行触摸。Kang等。设想光子晶体(PC)的刺激敏感，低功耗，反射模式，可见范围的结构颜色(SC)，以满足光子晶体的工程要求。用户互动式3D非接触式显示器。科学家们开发了一种使用可吸湿性离子液体墨水的可打印3D非接触式交互式显示器，该墨水具有相对湿度相对容易的结构颜色变化。作为概念验证，他们展示了从人的手指(湿度)发出的水蒸气的 3-D位置感测，可实现从手指到薄膜的非接触式显示，并在可穿戴电子产品中得到了新兴应用。
开发互穿的水凝胶网络嵌段共聚物光子晶体(IHN BCP PC)
该团队使用自组装的一维嵌段共聚物(BCP)光子晶体(PC)，其成层的周期性微观结构在成膜时自然发展。然后，他们在BCP PC微域中开发了化学交联的互穿水凝胶网络(IHN)层。Kang等。使用紫外线辐射控制构建体中互穿的水凝胶网络的数量，以在整个可见光范围内控制其结构颜色(SC)。使用工程化互穿的水凝胶网络嵌段共聚物光子晶体(IHN BCP PC)的照片，他们显示了SC的辐射依赖性变化。聚合物膜是伪弹性的(材料在卸载大应变后完全恢复)，具有出色的机械强度，柔韧性，并且在上表面没有粘性的凝胶状粘弹性，使其适合于固态传感。
表征固态IHN BCP PC
Kang等。使用掠入射小角X射线散射(GISAXS)和透射电子显微镜(TEM)对固态结构进行了广泛表征。结果表明，高度有序的一维光子晶体结构的发展及其计算的面内薄片与有限差分时域(FDTD)模拟是一致的。对于横截面透射电子显微镜，他们使用了经过聚焦离子束研磨的机械坚固薄膜的横截面样品，并注意到了材料薄片的不同层。
BCP膜的TEM图像显示螺钉位错(晶体缺陷)分布在整个样品表面上，以促进液体和低聚试剂向BCP膜中的传输。BCP膜允许水分子通过螺丝位错扩散，以促进基于湿度的非接触式感应。该团队使用纳米压痕技术获得了额外的机械性能，包括IHN BCP PC的有效模量。假弹性材料的有效弹性模量约为5.3 GPa(如预期的那样)，与常规玻璃态聚合物所观察到的相似。
获得全彩显示并开发用户交互的3-D非触摸屏
为了获得全彩色显示，Kang等。使用喷墨打印机直接沉积称为 L-乙基-3-甲基咪唑鎓双-(三氟甲基磺酰基)-酰亚胺的墨水(简称EMIMTFSI)在IHN BCP PC膜上。薄膜的颜色取决于在给定区域中沉积的EMIMTFSI的数量。喷墨打印机只需要一种墨水即可沉积在IHN BCP PC膜上，这与带有红色，绿色和蓝色染料墨水的商用喷墨打印机明显不同。Kang等。首先将适当的颜色信息编程为黑/灰/白对比度，从而生成给定的彩色图像。作为概念证明，他们使用软件将美元钞票转换为黑白对比度，并使用EMIMTFSI喷墨印刷在IHN BCP PC胶片上重建了全彩色结构彩色图像。
对于IHN BCP PC显示器的进一步应用，Kang等人。使用了另一种称为双(三氟甲基磺酰基)胺锂盐的吸湿性离子液体(缩写为LiTFSI)。当这种离子液体扩散到材料中时，光子晶体的结构颜色对环境湿度变得敏感。LiTFSI允许与水分子缔合，从而在可见光范围内根据湿度发生结构颜色变化。吸收的水可以以可逆过程扩散出去。该设置使自然湿度约为90%的人手指成为调节显示膜结构颜色的极佳来源，该团队通过实验证实了这一点。3-D非接触式感应显示器在多种感应事件下使用不同的手指到手指成功运行光子晶体的距离。由于吸水而导致的电容增加，响应时间约为20秒，并且结构颜色的可逆变化持续了55个时间周期。
Han Sol Kang和他的同事以这种方式演示了一种基于用户交互的3-D非接触式感应显示器，该显示器基于具有相互连接的水凝胶网络(简称IHN BCP PC)的嵌段共聚物光子晶体。该工程技术允许在具有有效模量的薄膜上产生机械柔和且坚固的全可见范围结构颜色。该团队将薄膜与各种离子液体印刷油墨结合在一起，通过变化的电容和结构颜色变化，创建了可印刷和可重写的3D非接触式显示器，以展示一种用于固态传感器和3D非接触式显示器的新方法。
