结构色因其具有不褪色、高对比度、彩虹效应等优点，被广泛应用于防伪、显示、装饰等领域。其灵感来源于昆虫和鸟类体表亚显微结构如嵴、纹、沟缝或鳞片等使光波发生折射、漫反射、衍射或干预从而发生的种种颜色。因此，在不破坏其微观结构的前提下，结构色质料如光子晶体等经常难以实现其颜色或图案的主动关停及重复开启，且难以完全隐藏图案，从而无法应用于信息和图案的加密。

近期，加州大学洛杉矶分校贺曦敏团队通过结合刺激响应型水凝胶(stimuli-responsive hydrogel)和二维衍射光栅(diffraction grating) 制备出具有可重复启停结构色的复合质料。该质料可实现100% 到 0% 结构色可见度的快速转变（< 1s），从而实现了高对比度可视性以及完全加密性的结合。在该研究中，“水解密”结构色质料(Hydrocipher)在湿态下显示高对比度图案，在干态下无对比度且完全透明，从而完美隐匿所加密图文。这一技术的加密-解密可简便快速的切换，只需水或在质料外貌呼吸即可完成。在传感、防伪、文件加密等方面有着广泛应用前景。

图1 “水解密”结构色质料制备与加密解密演示

如图1所示，“水解密”结构色质料Hydrocipher由水凝胶包覆在弹性微柱阵列形成的二维光栅而组成。形成二维光栅的质料（环氧树脂）不行膨胀，具有稳定的折射率；而其外貌的水凝胶层（聚丙烯酰胺）在干态下折射率接近环氧树脂，但在湿态下远小于环氧树脂。这种折射率的匹配与差异使得该质料在干态下浑然一体，不发生结构色；而在湿态下，则可与入射光发生强烈相互作用，发生结构色。与此同时，水凝胶层在干燥与溶胀时带来的体积变化会驱动微柱发生可逆的弯曲与直立，相应导致二维光栅周期性结构的破坏与恢复，从而形成结构色可逆的消失和发生。

图2 “水解密”结构色质料遇水解密过程

通过丈量反射光强度以及使用共聚焦显微镜视察二维光栅结构变化，可发现该质料解密速度与水凝胶层厚度有关，通过调控水凝胶层厚度可实现1秒内解密。凭据这一趋势，该研究进一步缩小二维光栅尺度与水凝胶层厚度，实现了湿度响应的“水解密”结构色质料，使得快速解密与完美加密仅在呼吸之间。

这一事情提出了一个普适的设计原理: 水凝胶包覆在可形变的微柱阵列光栅上。外界环境的变化可同时控制两个因素的变化，从而协同发生图案加密-解密的主动切换：凝胶的缩胀可以1）驱动微柱（直立的规整阵列泛起结构色，而弯曲的不规则阵列使结构色消失），同时 2）改变凝胶自己的折射率（水凝胶膨胀时其折射率远远小于包埋于其中的微柱的折射率，而水凝胶膨胀时其折射率接近微柱的折射率）。