Hydrogel-Coated Polydimethylsiloxane with Reversible Transparency for Advanced Optical Switching

聚二甲基硅氧烷 透明度(行为) 材料科学 光学透明度 纳米技术 光开关 光电子学 计算机科学 计算机安全
作者
Chenxu Liu,Lin Yang,Yongxiang Sun,Pan Huang,Yuan Yao,Yu Tian,Hongbo Zeng
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (9): 9017-9028 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c17403
摘要

Functional soft materials that swell in water often exhibit surface wrinkling, similar to the ridges formed on human skin after prolonged immersion, typically leading to reduced optical transmittance. Surprisingly, there is a scarcity of materials that are transparent underwater yet opaque in air, despite their vast potential in applications such as smart windows, periscopes, and information encryption. Herein, we report a hydrogel-based system comprising a polyacrylamide layer on polydimethylsiloxane (PDMS), demonstrating a reversible transition between opacity in air and high transparency in water or wet conditions. Upon water-induced swelling, the transmittance of the hydrogel layer markedly increases from 7.8% in air to 77.1% with excellent repeatability. This behavior enables applications such as optical encryption and decryption and water writing. Micro- and nanostructural analysis reveals that the optical switching arises from the reduction in local surface roughness upon hydrogel swelling. Furthermore, when employed as a smart window, the hydrogel layer effectively reduces solar power transmission by 36%, achieving a temperature reduction of 5.09 °C under direct sunlight while retaining heat in the absence of sunlight. These findings highlight the hydrogel layer on PDMS as a versatile platform for water-responsive smart devices, offering exciting opportunities in optical encryption, interactive writing systems, and energy-efficient window technologies.
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