你能想象吗？一块看似普通的透明材料，在偏振光下旋转，竟能像万花筒一样浮现出不同的彩色图案，这些图案还藏着层层加密的信息。最近，发表在国际顶刊《Matter》上的一项研究，就带来了这样一种神奇的双折射超材料，为智能光学器件与高安全加密技术开辟了新路径。

  在信息爆炸的时代，数据安全与加密技术显得愈发重要。传统的光学加密超材料依赖于复杂且昂贵的微纳加工技术，制约了其大规模应用。近年来，基于应力诱导双折射的光学材料展现出潜力，但其应力方向难以灵活控制，限制了其在多功能防伪和光学器件中的应用。

  近日，科研团队从光敏树脂固化时的“体积收缩”入手，提出一种基于应力调控的双折射超材料新策略：通过顺序化图案光照，控制光敏树脂固化时的体积收缩应力，实现了内应力大小、方向与分布的全方位编程，成功制备出具有多角度依赖显色的光学加密材料。

  研究成果以“Kaleidoscopic stress-colored birefringent metamaterial for digital multiplexed encryption”为题发表在期刊《Matter》上，浙江理工大学硕士生梁鑫为第一作者，浙江理工大学彭文俊特聘研究员和浙江大学谢涛教授为共同通讯作者，论文第一单位为浙江理工大学，该研究受到张先明教授和赵骞教授的大力支持。

  光敏树脂在光照固化过程中，反应交联会不可避免地导致体积收缩，进而产生随机内应力。这一现象长期被视为材料缺陷，可能导致器件变形、性能下降。但研究团队却从中看到了创新机遇，把“随机的收缩应力”变成“可控的光学密码”。通过特定图案的光照让树脂首先局部固化，再整体光照让树脂全部固化，只需一个树脂、一台商用投影仪，几分钟内就能制备得到双折射超材料，并且不同角度下具有不同图案（图1A）。

  固化的几何形状会影响收缩内应力的方向与分布，如图1B所示，长宽比较小的形状倾向于产生各向同性的内应力，此时任何偏振场角度下都可以看到应力色，只是由于与偏振场平行的方向不显示颜色而导致颜色分布发生变化；当长宽比足够大时，由于宽度方向受到几何限制产生较大的应力集中，最终应力沿着宽度方向取向，该取向应力只在某一偏振场角度下显示颜色，在另一角度下应力色完全消失。因此当采用图案化顺序光照时，先固化区域的体积收缩内应力分布已经形成，并且对后固化区域产生新的几何约束，由此便可精准控制应力的大小、分布与方向，得到预先设计的内应力图案（图1C）。

图1 制备方法与调控原理

  通过调控第一步光照图案的曝光时间可以得到不同的应力颜色，随着光照时间增加，应力色越鲜艳（图2A）。而通过设计预先曝光图案的几何形状，可以得到渐变彩虹应力色分布，覆盖宽范围光谱（图2B）。该应力调控方法适用于多种常见的光敏树脂体系，例如丙烯酸酯、环氧树脂、硫醇-烯烃等。在自然光下，它是完全透明的，看不出任何特殊之处；可一旦置于旋转的偏振光场下，由于双折射效应的角度依赖性，不同方向的应力就会呈现出截然不同的彩色图案，就像万花筒一样（图2C），最终可以显示的图案个数等于应力方向数量加一。此外，材料具有良好的稳定性，在长期储存、高温处理、溶剂浸泡后，双折射图案依然完好无损。这得益于该内应力是被化学交联固定在树脂网络中，而非依赖物理相变（如玻璃态转变），解决了以往应力可控材料稳定性差的问题。

图2 颜色调控与多体系万花筒图案

  借助这种多角度下的多重应力色图案，将“2023”（年份）与“1201”（日期）两组信息分别加密到同一块材料中，只有在特定偏振角度下，才能依次读取两组数字，最终组合出完整的“2023/12/01”信息；正品标签在偏振光下始终显示统一的“√”符号，而伪造标签会随偏振角度切换出“√”与“×”，真假一目了然。进一步通过光固化不同形状设计“应力密码拼图”，拼图从形状上可多种组合，但只有当应力方向匹配时，才能在偏振光下浮现完整隐藏图案，进一步提升了信息存储容量和加密安全性。

图3 多重防伪加密应用

  这项工作的核心价值，在于将材料制备中的“缺陷”（收缩应力）转化为“功能”（光学加密），实现了内应力大小、方向与分布的全方位编程，为超材料设计提供了反常规的新思路。在防伪领域，它能制作出难以仿制的隐形标签；在信息存储领域，它能大幅提升数据密度，一块小小的材料就能承载多组信息；未来，它还可能用于智能光学器件，为显示、传感等技术带来新突破。

  论文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102435

部分通讯作者简介

彭文俊：浙江理工大学材料科学与工程学院特聘研究员、硕导。博士毕业于浙江大学，师从谢涛教授和赵骞教授。主要从事智能变形变色高分子材料、动态可逆化学设计、3D/4D打印和功能化聚酯材料的研究。以一作/通讯作者在Science Advances, Advanced Materials, Matter, Advanced Functional Materials等期刊上发表论文10余篇，主持国家自然科学青年基金和浙江省自然科学探索青年基金各1项。