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四川大學宋飛教授《ACS Nano》:可用于光多路信息加密的偏振與結構色可調仿生多級光子材料
2025-02-12  來源:高分子科技

  隨著現代社會和信息技術的快速發展,信息存儲和加密在產品可追溯性和安全性方面的應用受到了廣泛關注。手性光子晶體因其復雜的周期性納米結構與獨特的光操控特性,成為制備防偽加密系統的理想候選材料。傳統的防偽技術受制于簡單的單通道解密,容易被復制。光多路復用技術利用光的空間分布(振幅、相位、偏振等)進行信息集成可明顯提高信息存儲密度。近年來,已有利用手性光子晶體偏振效應和結構色構建光學防偽系統的研究,但由于構建模塊的手性結構不可切換,依然存在信息存儲單調且易于訪問的局限性。因此,研究具有高安全性以及簡便解密操作的光多路復用光子防偽系統具有重要意義。


  四川大學化學學院環保型高分子材料國家地方聯合工程實驗室宋飛教授團隊致力于研究纖維素光子晶體材料設計及其功能化應用。在前期研究中,該團隊利用乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇等與羥丙基纖維素(HPC)之間的強相互作用,實現了對HPC光子晶溫度響應區間、速度及靈敏度的調控(Adv. Sci. 2023, 10, 2206290;Nano Lett. 2023, 21, 984),提出了一種協同溫度和時間分辨的信息編碼和高端防偽技術;通過動力學捕獲乙基纖維素(EC)膽甾相域中的缺陷態(Chem. Eng. J. 2024, 479, 147669),實現了EC光子晶體圓偏振態的調節,構建了基于結構色和圓偏振的信息隱藏與加密系統。


  近期,該團隊受甲蟲(Chrysina resplendens)表皮圓偏振結構色現象所啟發,利用自組裝和剪切定向技術,制備出具有可調光子帶隙與取向紋理的復合光子晶體,從而構建了基于波長和偏振態控制的光多路復用防偽系統。復合光子晶體由乙基纖維素(EC)自組裝形成的光子層與EC剪切取向形成的取向層構成。通過調節EC濃度,可以在光子層中實現多樣化的結構色;通過調整取向層的取向度和厚度,可以控制入射光的相位延遲,從而實現復合光子晶體對圓偏振光的復雜調制。利用這種復合多級結構設計,可以使用完全相同的生物模塊實現具有不同圓偏振特性的結構色,并且其無痕界面確保了結構的高保密性與耐用性。基于波長與偏振敏感特性,該復合光子晶體可用于光學多路信息存儲以及多通道3D和4D防偽加密。


圖1. EC復合光子晶體中光子層的光學特性


圖2. EC復合光子晶體中取向層對入射光的相位延遲調制


圖3. 基于EC復合光子晶體的4D信息加密和解密


  該工作以“Bioinspired Hierarchical Photonic Structures with Controllable Polarization and Color for Optical-Multiplexed Information Encryption”為題發表于《ACS Nano》(10.1021/acsnano.4c16597)。論文第一作者是四川大學博士生李林越,通訊作者是宋飛教授,該工作獲得國家自然科學基金聯合基金重點項目(U21A2096)和四川省科技計劃項目(2024NSFSC0011)等經費支持。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsnano.4c16597

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