硕士生共一！中科大俞书宏院士/庄涛涛，登顶Science子刊封面文章！

摘要：具有空间成像功能的自适应显示器，在科学研究、远程医疗、救援和空间探索等领域具有重要意义，促进了非传统形式要求的扩展现实技术的发展。来自手性光学材料的可调光子自旋角动量为双目立体成像显示器提供了适用的光，从而在保持对周围环境的感知，同时提供了难以想象的沉浸式体验

具有空间成像功能的自适应显示器，在科学研究、远程医疗、救援和空间探索等领域具有重要意义，促进了非传统形式要求的扩展现实技术的发展。来自手性光学材料的可调光子自旋角动量为双目立体成像显示器提供了适用的光，从而在保持对周围环境的感知，同时提供了难以想象的沉浸式体验。然而，目前的手性光源在通电显示时难以获得足够的电致发光不对称性。

成果简介

基于此，中国科学技术大学俞书宏院士和庄涛涛教授（共同通讯作者）等人报道了一种自定位策略来构建新的柔性空间显示器，集成了许多多层圆极化电致发光微器件，用于屏幕上的实时深度信息控制。中国科学技术大学化学系博士生郭启与硕士生李泽一为共同第一作者。

在电激发下，器件的发光不对称值高达1.0，使用手性材料集成平板来可视化三维（3D）信息。结合机器人，实现一系列基于扩展现实条件的远程人机交互操作。本研究的适应性空间显示器弥合了虚拟与现实之间的差距，在手性发光领域为扩展现实和超越现实进行了开创性的探索。

图1.基于CPL的空间显示实现人机交互

相关工作以《Self-positioning microdevices enable adaptable spatial displaying》为题发表在2025年5月14日的《Science Advances》上。

俞书宏，中国科学院院士，中国科学技术大学教授、合肥微尺度物质科学国家研究中心纳米材料与化学研究部主任、中国科学院强磁场科学中心副主任。长期从事无机材料的仿生合成与功能化的研究。2010年任国家重大科学研究计划项目首席科学家，2013年当选英国皇家化学会会士，2019年当选中国科学院院士。曾获国家杰出青年科学基金、安徽省重大科技成就奖、国家自然科学二等奖、国际水热溶剂联合会（ISHA）Roy-Somiya奖章等。

庄涛涛，中国科学技术大学教授、博士生导师。目前研究方向：手性纳米结构的精准合成；圆偏振发光器件、3D显示、信息交互、人形机器人操控、生物功能。

图文解读

作者制备了CPL生成单元阵列构成像素的3D显示器。通过不同功能层的协作，每个CPL单元都呈现为具有多层结构的微器件，分为电致发光部分和圆极化部分。对于电激发照明，作者应用交流（AC）电场通过平行和翘曲之间的空间接触来驱动发光元件，从而实现高设备稳定性和低处理复杂性。作者设计了一种自定位原位聚合策略，构建了嵌入手性液晶的多微球协同圆偏振器（MCCP），使产生的电致发光具有手性。适当厚度的多微球层保留了手性液晶的螺旋结构，使得CPL具有连续可调的波长和较大的发光不对称因子（glum），同时提供了无需封装的独立特性。

在一步法合成MCCP时，将聚乙烯醇（PVA）的疏水端包裹在手性液晶周围形成手性微球，并分散在聚丙烯酰胺（PAM）预聚体溶液中。未固化的MCCP应自发地从疏水区域移动到亲水发光位置，MCCP具有良好的亲水性和流动性。预聚体体系自定位到所需位置后，在紫外线（UV）光照射下逐渐固化成均匀的MCCP膜。作者调整了MCCP的组分比，即R/S5011（手性掺杂剂）和向列相液晶（E7）的质量分数，使其光子带隙（PBG）与荧光粉的电致发光光谱一致，以实现最高的发光不对称性。30~40 μm MCCP层厚度最终产生最强的CPL信号，通电时的glum值高达1.0。

图2. MCCP的表征和CPL器件的手性性能

通过正交导电电路的图案喷涂和左、右手MCCP的交替覆盖，将这些微器件集成为像素可控的CPL阵列。将阵列封装后，结合在大规模显示中具有显著适用性的横杆组态基控制系统，得到了适应性强的立体显示面板。研究发现，100单元面板的相对偏差约为8%，500单元面板的相对偏差小于15%，表明可扩展生产能力。在实际使用条件下，集成显示屏分别经过2000个开关周期和超过200 h连续运行后，电致发光强度保持稳定，变化低于5%。由于在不同的观测角度下，适应其弯曲或用户移动的胶值都很大（大于0.5），也导致偏振片下的自适应显示器亮度差异显著。

图3. CPL空间面板的性能

所制备的CPL-像素面板，配合设计的智能偏光眼镜，交替传输左手和右手CPL，并进一步连接到智能设备，实现沉浸式人机交互。在此基础上，作者使用圆偏振空间显示器进行了人机交互，为用户获得了沉浸式的虚拟世界体验。当用户抓住面板上的深度立方体时，其他机械臂可以同步对实际物体进行相同的操作。该系统在不同距离抓取物体的准确率超过90%，确保了其在应用中的可靠性。作者基于深度信息的被困人员救援场景模拟采用矩形区域表示人形目标，成功操作机器人对被困“人员”进行了远程救援，最大程度地保证了救援人员的安全。