随着造纸术和印刷术的发明，人类逐渐掌握了复制文字信息的技术，使得纸质媒介包括书籍、报纸和杂志等成为信息显示和传递的主要媒介。到了物联网时代，电子传播开始兴起，有效实现了信息的远距离和快速传播。但是日益增长的纸张消耗量和一次性电子垃圾不可避免地引起了资源消耗和环境污染问题（图1）。因此，近年来科研人员开发了多种智能可重写显示体系。然而，如何通过新型材料结构与显示机制的设计，开发一种集远程控制、快速响应、多色和多模式显示功能于一体的智能可重写显示系统仍然是一个巨大的挑战。

图1. 低性能电子垃圾和纸质媒介引起的环境污染和资源消耗（图片来自网络）

有趣的是，这些优异的显示能力可以集成在变色龙（蜥蜴亚目避役科爬行类）的皮肤上。作为自然界的变色大师，变色龙的皮肤颜色和图案可以随着外界环境的变化例如光照强度、温度、湿度以及自身的心理情绪而改变。生物学和解刨学研究表明，变色龙的变色能力主要源于其皮肤内部多种不同色素细胞的垂直排列结构（图2）。最上层细胞为色素细胞包括黄色素细胞和红色素细胞，中间层细胞为虹细胞，下层细胞为黑色素细胞。在外界刺激下，每层色素细胞会发生不同的聚集和分散行为，从而使变色龙体表颜色发生变化。

图2. 产生五种不同皮肤颜色的变色龙表皮色素细胞的垂直组合和相对厚度（图片来自Zoolog. Sci. 2006, 23, 793-799）

近期，受到变色龙皮下组织中不同色素细胞有序排列的多层结构及其高效协同能力的启发，中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队陈涛研究员与路伟研究员报道了一种近红外激光触发的可重写多色水凝胶体系，其兼具光书写和光投影的特点，不仅可以实现任意信息的瞬态光写入/自擦除/光重写，还可以实现既定多色图案的可持续光投影显示。如图3所示，该系统具有垂直排列多层结构，包括作为光热控制层的聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装二维碳纳米管（CNTs）薄膜和作为显示层的嵌入式荧光高分子水凝胶层。在水凝胶层中，温敏性内芯荧光水凝胶被限制在非响应性外壳荧光水凝胶中，用于更好地实现稳定、可逆和多色的信息载入。

图3. 具有仿生垂直多层结构的多色荧光水凝胶体系用于按需信息显示

这种仿生多层的结构设计通过“光触发-热量产生-荧光输出”的级联过程，建立了一种信息显示机制。近红外激光可以作为“笔”进行远程书写，这一过程中，CNTs层首先发生光热转换，并将热量传递给温敏性荧光水凝胶层，诱使体系中内芯水凝胶荧光强度增强，从而改变内芯与外壳层的叠加色，产生明显的颜色变化，实现信息的及时书写（约为5 s）。移除光源，温敏性内芯水凝胶解除分子链内部氢键交联，回到亲水状态使得荧光得以恢复，所书写信息在36 s后完全自擦除并可重新写入新的信息，例如图4中所示的“NIR”“UCAS”和“1978”和图5所示的“CNITECH”“hydrogel”和“3456789”。

图4. 可书写水凝胶显示体系的“光触发-热量产生-荧光输出”的级联过程

此外，多级层状结构的设计使得光热控制层的CNTs薄膜和荧光水凝胶显示层易于图案化，在近红外激光面光源的投射下可以显示预先设计的多色图案。如图5所示，通过改变图案化的CNTs膜可以实现信息“HI”和“EN”的切换。另外，构建图案化的荧光水凝胶，在面激光的投射下可以实现多彩信息的显示，包括“蓝天”“白云”“紫阳”和银杏叶由深绿转为黄色。通过构筑这种功能集成的显示能力不仅有助于满足各种信息的不同显示或传输的需求，而且利于实现更好的视觉信息可视化和交互体验感，并为未来新型光书写体系的发展奠定基础。

图5. 多色信息的光书写和光投影显示

（高分子实验室 魏书心）