Ingenjörer vid University of California San Diego har utvecklat en optisk anordning som avslöjar dolda bilder och byter färg beroende på luftfuktigheten. Tekniken, som publicerats i Light: Science & Applications, kan leda till utvecklingen av nya etiketter mot förfalskning, säker datalagring, interaktiva skärmar och miljösensorer.
Enheten fungerar genom att visa olika bilder beroende på fuktnivån i luften. Under normala förhållanden eller vid låg luftfuktighet syns en bild (UC San Diegos Triton-logotyp). När luftfuktigheten ökar framträder en andra bild (UC San Diegos bibliotekslogotyp) och döljer den första. Denna övergång kan utlösas även när en person andas på enheten. Det sker på en bråkdels sekund och kan upprepas många gånger.
”Man kan tänka sig att använda detta som en inbyggd säkerhetsfunktion där miljön fungerar som en nyckel som låser upp olika typer av information”, säger studiens försteförfattare Asad Nauman, postdoktor i elektro- och datateknik vid UC San Diego. ”Ett exempel skulle kunna vara något i stil med en säkerhetsbricka på ett kreditkort, där man kan blåsa på den och avslöja en dold kod. En annan tillämpning skulle kunna vara en miljösensor som byter färg när luftfuktigheten förändras.”
Hur den dubbla enheten är uppbyggd
Den nya optiska enheten är ett chip i frimärksstorlek som består av två lager. Det undre lagret är ett så kallat fasförändringsmaterial som kallas antimontrisulfid, vilket fungerar som ett återanvändbart lagringsmedium. Bilder kan skrivas, raderas och skrivas om på detta skikt med hjälp av en laser. Det övre skiktet är en hydrogel gjord av azido-graftad karboximetylcellulosa, ett mjukt material som sväller i fuktiga förhållanden och krymper i torrare. En bild kan mönstras permanent i detta skikt med hjälp av UV-ljus.
Detta arbete är resultatet av ett tvärvetenskapligt samarbete inom laboratoriet Nano Devices and Applied Optics (NDAO), under ledning av Abdoulaye Ndao, professor vid Institutionen för elektro- och datateknik vid UC San Diego Jacobs School of Engineering och studiens huvudförfattare. Medlemmarna i NDAO-laboratoriet kombinerade sin expertis inom faskännande fotoniska material och responsiva hydrogeler för att synergistiskt integrera dessa fundamentalt olika materialstrukturer och skapa den dubbla enheten.
Denna skiktade metod skulle kunna möjliggöra nya former av datalagring för datortillämpningar, konstaterade Ndao. ”Man skulle kunna koda olika bitar av information i olika skikt staplade på ett enda utrymme och välja vilket man vill komma åt baserat på luftfuktigheten.”
Färgskiftningar vid förändrad luftfuktighet
Olika luftfuktighetsnivåer framkallar också färgförändringar i enheten. Detta beror på ett litet mellanrum mellan de två skikten. Även om avståndet mellan dem är litet spelar det en stor roll. När hydrogel-skiktet sväller och krymper förändras avståndet mellan skikten. Detta påverkar hur ljuset reflekteras av materialet, vilket i sin tur förändrar den färg som syns.
Både bild- och färgförändringarna sker omedelbart, inom cirka 300 millisekunder efter att luftfuktigheten förändrats. Dessutom kan skikten tillverkas till låg kostnad och över stora ytor, vilket gör dem lätta att skala upp. Forskarna planerar att undersöka nya versioner av enheten som kan styras elektriskt.
Publikationsuppgifter
Asad Nauman et al, Reversible optical data storage and encryption enabled by phase-change and hydrogel integration, Light: Science & Applications (2026). DOI: 10.1038/s41377-026-02330-5
