动态变化的表面纹理广泛存在于自然界中，并在调节光反射、摩擦、黏附、润湿等表界面性质方面发挥重要作用，在自适应光学、可重构信息显示和软体机器人等领域具有重要应用前景。面向实际应用的表面纹理调控体系不仅要能够实现形貌变化，还应具备良好的空间可编程性、时间可控性和可逆性。然而，目前大多数表面纹理调控方法通常局限于固定的纹理图案或材料表面整体响应，难以实现按需、可逆且时空可编程的表面纹理动态调控。

图1. 光热驱动时空可编程表面褶皱的应用

  针对上述挑战，斯坦福大学赵芮可教授团队报道了一种基于光热驱动液晶弹性体（Liquid crystal elastomer, LCE）双层体系的材料平台，实现了表面褶皱的时空可编程调控。该平台以光诱导局部加热作为统一调控手段，实现了多种功能的集成：1）通过激光直写或光投影，实现局部褶皱的按需实时写入和可逆擦除，用于信息编码（图1a）；2）通过光扫描诱导表面褶皱的动态传播，驱动物体实现向前滚动、转向、爬坡以及沿预设路径导航等（图1b）；3）通过调控加热强度触发动态聚合物的界面焊接/解焊接，实现可逆组装/解组装（图1c-i）；4）结合可变形材料的光热形变，实现货物的包裹、运输与释放（图1c-ii）。本工作构建的光热驱动双层LCE平台将可编程表面纹理、信息编码、物体操控、可逆组装/解组装和货物运输等多个功能集成于同一体系中，拓展了表面纹理动态调控的设计思路，为开发多功能、可重构智能表面提供了新的方法。

  2026年6月22日，相关研究成果以“Spatiotemporal Modulation of Surface Texture for Information Encoding and Object Manipulation”为题发表在《Nature Communications》上。斯坦福大学博士后杨潇为论文第一作者，赵芮可教授为论文通讯作者。

  图2展示了双层LCE的制备过程及其表面褶皱产生机理。将LCE墨水旋涂到预拉伸的掺杂黑色染料的LCE基底表面，并通过紫外光固化形成“硬薄膜/软基底”双层结构。在局部光照下，LCE基底发生向列相到各向同性相的转变并局部收缩，从而在光照区域附近诱发表面失稳，生成周期性褶皱图案。移除光照后，LCE基底形变回复，褶皱随之消失。

图2. 光热驱动双层LCE的制备及其表面起皱机理

  图3系统研究了双层LCE的光热起皱行为。当光照区域温度超过临界起皱温度时，LCE基底收缩并诱发表面失稳，褶皱开始形成（图3b）。通过调节薄膜厚度可以有效控制褶皱形貌（图3c）。褶皱波长和振幅随薄膜厚度增大而线性增大，且有限元模拟与实验结果良好吻合（图3d）。此外，褶皱可以沿光扫描路径实时产生并自发消失。例如，用红外激光可以直接在双层LCE表面从左至右依次写出“I”、“V”和“S”褶皱图案。这些图案可在数秒内写入，并在移除光照后消失，实现可自擦除的动态信息编码（图3e）。

图3. 双层LCE表面褶皱表征与可自擦除信息编码

  图4展示了动态传播褶皱在物体操控中的应用。当激光沿预设方向扫描时，褶皱会随光斑不断生成并传播，从而在双层LCE表面形成动态传播的局部斜坡，驱动物体运动（图4a）。物体运动速度与薄膜厚度密切相关：随着薄膜厚度增大，褶皱振幅和坡度增大，物体运动速度也随之提高（图4b）。此外，该双层LCE还可实现更复杂的物体操控模式，例如驱动物体爬坡（图4c），以及通过编程激光扫描路径，使物体沿预设的W形轨迹运动（图4d）。

图4. 动态传播褶皱用于物体操控

  图5将物体操控进一步拓展至动态聚合物体系，实现了动态聚合物的可逆组装与解组装。该动态聚合物是一种基于Diels-Alder化学键的热可逆动态聚合物，低温下键形成，高温下键断裂（图5a）。首先，动态传播褶皱使两个动态聚合物小球彼此接触（图5c-i）。之后用低强度激光照射两个小球的接触界面，促进动态键形成，使它们组装为一个整体（图5c-ii），且该组装体可在褶皱驱动下继续运动（图5c-iii）。当用高强度激光照射小球接触界面时，动态键发生断裂，同时照射两个小球之间的双层LCE表面，生成局部褶皱并将它们分离，实现解组装（图5c-iv）。

图5. 动态传播褶皱实现动态聚合物的组装/解组装

  图6展示了利用单一光热刺激，集成变形、焊接/解焊接以及褶皱驱动等多种功能的货物运输策略（图6a,b）。首先制备了一个LCE-动态聚合物双层结构，在其上放置目标货物，并将该双层结构置于双层LCE表面（图6c-i）。光照下，LCE层发生收缩，使该双层结构向上卷曲并将货物包裹（图6c-ii）。之后用低强度光照将卷曲后的结构焊接为封闭的管状载体（图6c-iii）。该载体在动态传播褶皱驱动下携带货物向目标位置移动（图6c-iv）。到达位置后，用高强度光照触发解焊接，使管状载体重新打开（图6c-v），并最终通过非对称光热弯曲将货物释放（图6c-vi）。

图6. 基于形状可重构动态聚合物的货物运输

  团队提出了一种基于光热驱动LCE双层体系的时空可编程表面纹理调控策略，实现了表面褶皱的按需生成、动态传播与可逆擦除。该体系能够利用局部光场精确调控褶皱的空间位置和时间演化，并在信息编码、物体操控和可逆组装等方面展现出广泛应用潜力，为发展可编程、可重构的下一代智能材料提供了全新思路。

  论文链接 https://doi.org/10.1038/s41467-026-74794-3