当4D打印的第四维度是时间，人们可以通过软件设定模型和时间，变形材料会在设定的时间内变形为所需的形状。具体地说4D打印是一种能够自动变形的材料，直接将设计内置到物料当中，不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。

当然，4D打印的第四维度也可以是其它刺激参数，比如冷、热和湿度。4D打印可以生产智能产品，它可以自动适应外部变化，进行自我修复。比如，管道可以设计成能够根据水流量进行膨胀或收缩的，或者在破裂时自我修复。自适应或自修复技术也能在灾难救援或太空环境等恶劣环境中派上用场。军方也可以利用材料的4D打印技术实现自伪装。

3 先进显示材料

3.1 量子点显示材料

当前OLED技术的突破还面临很多问题，大规模地替代价廉物美的液晶显示技术尚需时日。相反，之前并不耀眼的量子点技术却将要爆发，它以其独特的技术特点致力于提升色彩显示，可以应用在手机、显示器、平板以及电视等多种设备之上。OLED材料的寿命问题，一直是其产业应用的一大阻力。而量子点是无机材料，产品的寿命可以达到几万小时的寿命，完全无需担心寿命的问题。

量子点是一种尺寸在2～10纳米之间的纳米晶体，每个量子点依据不同的尺寸发射出不同颜色的光。在液晶显示屏的背光源上加一层量子点薄膜，可以大大提高色彩还原率和整体亮度。这种量子点薄膜可以在蓝色LED的激发下，发射出色彩纯度很高的光线，因此相比于传统的LED加荧光粉的背光系统，有更好的色彩特性。由于量子点一开始就能发射出纯净明亮的光线，并且可以在低电压下工作，因此对于量子点能耗的控制是非常容易的。这样手机使用了量子点技术，对于整体的续航有较大的保证，对于移动设备来说是一个极其利好的消息。

一台拥有量子点技术的显示设备，屏幕可以产生高纯度的色彩表现（图7），NTSC色域可以达到110%左右。采用该技术的液晶显示器不仅能产生色域范围更广的动态色彩，还能在画质中展现更加真实的色板，这完全超越了传统意义上无论是CCFL、WLED、RGBLED的背光效果，使其成为娱乐、游戏，甚至是专业摄影和设计的理想选择。这是目前最有潜力的色彩解决方案，，其可行性高，成本可控，应用广泛。

图7 量子点显示屏的色彩表现Fig7 The color appearance of the display based on the quantum dot

3.2 上转换荧光显示材料

上转换发光(up-converting luminescence)，即反-斯托克斯（Anti-Stokes）发光，就是波长长的光激发出波长短的光。与传统典型的发光过程（只涉及一个基态和一个激发态）不同，上转换过程需要许多中间态来累积低频的激发光子的能量。其中主要有三种发光机制：激发态吸收（ESA）、能量传递上转换（ETU）和光子雪崩（PA）。这些过程均是通过掺杂在晶体颗粒中的激活离子能级连续吸收一个或多个光子来实现的，而那些具有f电子和d电子的激活离子因具有大量的亚稳能级而被用来上转换发光。然而高效率的上转换过程，只能靠掺杂三价稀土离子较长的亚稳能级寿命来实现。因此，大多数上转换发光都发生在掺杂稀土离子的化合物中，主要有氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物、卤化物等，NaYF4是目前上转换发光效率最高的基质材料。上转换材料可以用作红外探测、生物标识、药物治疗、安全指示牌和CT、MRI标记等等。

西安交通大学林敏等采用上转换荧光材料制备了防伪墨水，打印于纸介质上后，室内光线照射无信息显示，而在980nm红外激光照射下即显示出隐藏信息内容（图8）。该墨水使用普通打印机即可实现防伪信息打印，可用于产品防伪、证件和票据等领域中[5]。

图8 采用上转换荧光材料制备的防伪墨水Fig8 The anti-counterfeit ink made from the upconversion nanoparticles

3.3 光子晶体显示材料

光子晶体是由不同介电常数材料按周期性排列构成的具有光子带隙结构的晶体物质。光子晶体结构生色具有不受光降解褪色的优点，是目前结构生色的经典案例[6]。光子晶体近几十年的快速发展使得多种材料相继被应用于制备光子晶体，制备方法也日趋成熟与多样化。由于传统组装技术构筑光子晶体结构得到光子禁带从而产生结构色需要较长时间，且结构不可逆导致禁带调节有限。近几年通过制备手段直接、快速、有效的对光子禁带进行调控成为研究热点。

引入磁性微纳结构到胶体体系，再通过调节磁场大小和方向来调控光子禁带，可快速有效的调控光子禁带，有利于对光子晶体进行颜色调制[7-8]。在磁响应胶体光子晶体结构生色的研究中，超顺磁性胶态粒子在磁场作用下可发生自组装，形成具有有序结构的光子晶体，产生亮丽结构色；撤销磁场后，有序结构消失，颜色无法在溶液中继续存在[9]。在磁操控光子晶体柔性彩色显示薄膜的研究中，含磁性胶粒的微液滴锁定在PDMS膜中，相同磁场下，含有不同粒径磁性胶粒的固化膜可显示不同颜色，但颜色无法稳定存在，撤销磁场后颜色即消失(图9)[10]。

文章来源：《信息记录材料》 网址: http://www.xxjlcl.cn/qikandaodu/2021/0708/2122.html