近日，宾夕法尼亚大学Shu Yang（杨澍）教授团队和圣母大学Yanliang Zhang（张艳良）教授团队在材料科学知名期刊《Matter》发表了以“Aerosol-based combinatorial printing of cholesteric liquid crystal elastomers with tunable and pixelated structural colors”为题的最新研究成果（Matter 2026, 9, 102495）。自然界的结构色（如变色龙、章鱼）之所以迷人，关键在于微米级像素与连续梯度共同编织出的动态色彩。如何把这种“像素+梯度”的复杂结构，在柔性材料上一次成形并且可大面积、可弯曲、能应变显色？本研究利用气溶胶组合打印（Combinatorial Aerosol Printing, CAP），在基于手性向列型液晶弹性体（CLCE）的体系中，实现≈15 μm 线宽、1.1 μm 厚度的高保真像素化结构色，并可在打印过程中动态混墨形成连续配比梯度，做到颜色和模量双可编程；图案还能直接覆盖到各种曲面（易拉罐、青蛙/人脸模型、硅胶变色龙皮肤等）。团队进一步展示了可隐显的加密图案、可被手机识别的彩色二维码，以及无需电学读出的可穿戴应变手套。本文共同通讯作者为Yanliang Zhang（张艳良）教授和Shu Yang（杨澍）教授，共同第一作者为Shangsong Li（李尚松）和Kaidong Song（宋凯东）博士。

方法与核心进展

  CAP 属于气溶胶打印的多油墨变体：研究团队将配方不同的 CLCE 前驱体雾化后在喷头内同步输运并原位混合，落到加热基底后迅速干燥并固化，从而在像素尺度上连续调控手性掺杂与交联密度。借助这一过程控制，作者实现了线宽约 15 μm、膜厚约 1.1 μm 的连续条带与像素图案，分辨率接近该类工艺的物理极限，高于以往挤出或模压得到的 CLCE 图案；同时打印出的多色二维码可被智能手机直接读取，体现了高保真度与数据承载能力。

图1. CAP打印CLCE的示意图，与其他打印方法的对比，以及打印渐变色/像素的示例。

为何能做得“细、准、均一”

  作者指出，所用 10 wt% CLCE 墨水黏度约 10-20 mPa·s，在相关剪切速率下近似牛顿流体，有利于稳定雾化与快速溶剂蒸发；与加热基底配合，可在秒级完成从液态到固态胆甾相的转变，避免了旋涂与挤出中常见的流动扰动与取向不均，从而获得更高的颜色饱和度与图案边界清晰度。该过程主要通过干燥动力学而非剪切取向来决定螺旋轴排列，这也是成膜均一和显色稳定的关键。

颜色与“软硬”双可编程

  在 CAP 中改变手性掺杂比例即可调控胆甾螺距 p，按布拉格条件 λ = n·p·cosθ 精确设定反射峰位置，使得不同像素呈现不同颜色；进一步通过调整丙烯酸/巯基当量比写入不同的交联密度，使像素在杨氏模量上跨越数量级变化。结果表明，软区在相同拉伸下出现更显著的蓝移，硬区变化较小，因此可以把“颜色响应阈值”编码到图案中，制作只在特定应变下才显现或消失的隐显信息。上述调控均可在同一次打印路径内完成，实现连续梯度与离散像素的统一。

图2. CLCE像素图案的信息展示与隐藏。

从平面到曲面与可穿戴示范

  CAP 直接在圆柱、人脸与动物模型等连续曲面上打印 CLCE 图案，颜色在不同位置保持一致，并在仿生“变色龙皮肤”上通过充放气实现秒级、可逆的绿—蓝、红—黄转换，显示出无源、低能耗的力致变色特征。作者还将像素贴附于手套关节处，不同弯曲角度对应可重复的反射峰位移与颜色轨迹，多个像素的组合可形成手势“彩色指纹”，便于相机直接读出。

图3. CAP打印CLCE的应用。

意义与展望

  该工作把结构色材料的“像素化、梯度化、曲面化”制造统一到一种可扩展的打印工艺中，突破了传统单色打印在分辨率与功能集成上的限制。该工作在能够在像素的微米尺度级别编码光学与力学属性，为加密显示、可拉伸显示、相机可读的可穿戴传感与仿生伪装等方向提供了通用平台，也为软体光子学与自适应器件的工程化奠定了基础。

  论文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102495