近日，足球365比分_365体育投注-直播*官网理工大学物理学院/光电学院李家方教授团队与澳大利亚皇家墨尔本理工大学贾宝华院士、斯威本科技大学黄晓东教授团队开展合作，在纳米剪纸像素化可重构信息显示领域取得重要突破，实现了纳米剪纸结构阵列的单像素实时操控以及自由编码光学信息显示应用。该创新成果于近期发表在《自然》子刊Nature Communications上，为李家方教授团队近两个月在该杂志上发表的第三篇工作。

可形变微纳结构因其卓越的可调控和可编程特性，已在光学和力学超材料领域引起了广泛关注，其多样化几何形变、重构和组装特征已在仿生学、柔性电子学、四维打印、机器材料、三维微/纳米机器人以及刺激响应致动器等方向获得重要应用。在这些应用场景中，决定微纳形变结构性能的一个关键因素是结构的形变调控能力。例如，在微机电系统中，结构重构能力和调制位移幅度就受限于形变单元在有限空间内的位移变化幅度。因此，提高结构的形变能力，即形变度（Deformability），对于开发具有高性能和多功能的动态可调微纳器件至关重要。

图1. 超高形变度纳米剪纸合成设计策略及其信息显示概念示意图。

在这方面，剪纸形变技术因其出色的平面到立体形态变化能力引起了研究人员的极大关注，其中宏观尺度的大形变剪纸结构已在医疗、超材料和可拉伸器件等领域得到了相关应用。近年来，随着先进微纳制造技术的发展，基于力、热、电和磁驱动机制的纳米剪纸结构展现了优异的三维纳米形变能力，并在光学可重构调控、光操控技术等学科交叉方面展现出优异性能。李家方教授带领团队于2018年首创纳米剪纸三维微纳制造技术[Sci. Adv. 4, eaat4436 (2018)]，2021年发展纳米光机电调控新机制[Nat. Commun. 12, 1299 (2021)]，2024年实现纳米剪纸转子光电镊自由操控[Sci. Adv. 10, eadn7582 (2024)]，2025年连续突破硅基纳米剪纸技术[Nat. Commun. 16, 5512 (2025)]、纳米剪纸-液晶集成动态调控机制[Nat. Commun. 16, 6569 (2025)]、纳米剪纸像素化可重构信息显示应用[Nat. Commun. 16, 7843 (2025)]，形成了从基础研究到应用开发的完整技术路线。

在极小的空间尺度内制备大形变度纳米剪纸结构，并获得高性能的动态调控是微纳光机电领域的一项重要挑战。在该工作中研究团队创新地提出并实现了一种基于合成设计策略的超高形变度纳米剪纸结构（图1）。通过精心设计基于阿基米德螺旋曲线的纳米剪纸构型，利用数值分析结构形变过程的应力和应变分布变化，阐释出结构易于产生大形变的力学机制。实验上，采用团队所发展的纳米剪纸三维微纳制造技术，成功精准制备出多种结构参数的合成纳米剪纸结构，并借助原子力显微镜（AFM）的高精密纳米尺度力学表征手段，开展了合成纳米剪纸结构的循环压力测试，论证了结构持久的弹性形变特征（图2）。

图2. 超高形变度合成纳米剪纸结构的实验实现及AFM耐久性测试。

为深入探究合成纳米剪纸的功能应用潜力，团队通过对不同角度参数的阿基米德螺旋曲线阵列进行机电可重构测试，揭示了“结构参数-结构刚度-调控电压-调制对比度”之间的映射规律，发现240°和270°结构的微小差异即可导致极为显著的光学对比度。基于该规律，通过巧妙地将这两种结构编码组合成特定设计的信息图案，实现了近乎完美的动态可逆光学信息加密应用，最小像素达到2.2微米。

在实际应用中，对超小像素结构阵列进行单像素化自由操控是一项重要挑战，对于实现实时且自由可编程的光学信息显示具有重大意义。本工作基于多线寻址电学编码控制方案（图3），将纳米剪纸结构制备在定制化电极的光学芯片上，通过外部编程控制实现了结构单元的单个、多个、阵列以及信息编码图案的可重构光学微型显示，为发展高分辨可重构信息微显示应用提供了一种全新的研究范式。

图3. 合成纳米剪纸结构阵列的像素化自由编码信息显示。

本工作基于超高形变度纳米剪纸发展了一种新型的可重构信息显示策略，为可形变微纳结构及器件的发展和应用提供了全新思路。研究团队通过挖掘纳米剪纸设计构型及力学特性，精准构筑了超高形变度纳米剪纸三维可形变结构，发现结构设计参数微小变化即可产生力学刚度/光学对比度的显著差异，并基于此实现了机电可重构纳米剪纸阵列的像素化独立操控以及高分辨率自由编码信息显示应用。这些发现为多通道信息加密、可重构力学/光学超材料、可调光子学/声子学以及新型MOEMS/NOEMS等领域的创新研究提供了全新范式。足球365比分_365体育投注-直播*官网洪孝荣博士（现集成电路与电子学院特立博士后）、孙浩哲博士生以及武汉理工大学孟飞副教授为论文的共同第一作者，澳大利亚斯威本科技大学黄晓东教授、皇家墨尔本理工大学贾宝华院士、足球365比分_365体育投注-直播*官网李家方教授为论文的通讯作者。研究团队感谢足球365比分_365体育投注-直播*官网理工大学分析测试中心、怀柔综合极端条件实验装置（SECUF）微纳加工实验室等平台和团队给予的支持与帮助。该交叉学科研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金（基础科学中心、国家杰出青年基金和面上项目）等项目的支持。

文章信息（#为共同一作；*为通讯作者）：

Xiaorong Hong#, Haozhe Sun#, Fei Meng#, Meihua Niu, Yongyue Zhang, Xiaochen Zhang, Chongrui Li, Yingying Chen, Qingliang Jiao, Qinghua Liang, Weikang Dong, Yang Wang, Han Lin, Xiaodong Huang*, Baohua Jia*, Jiafang Li*, “Synthetic nano-kirigami with high deformability for reconfigurable information displays”, Nat. Commun.16, 7843 (2025).

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-63169-9