大连理工武素丽教授 ACS AMI：可酒精湿巾解码、具有低角度依存稳定结构色的光子晶体防伪标签

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随着经济和科学技术的日益发展，制假和售假的手段和方法也变得更加隐蔽。无论是社会生产还是社会管理，都更加需要更加精密的防伪技术。近年来，利用光子晶体的可变结构色实现安全防伪效果在科学研究和工业生产领域都引起广泛的关注。近日，大连理工大学武素丽教授设计了一种可用作防伪标签的多层光子晶体结构：该结构以CdS光子晶体作为信息层，该信息层由于CdS的高折射率体现低角度依存的稳定结构色，保证信息的准确传递；以聚合物反蛋白石多孔膜作为信息遮盖层，该层在正常隐藏状态下显示具有明显角度依存的结构色；当采用酒精湿巾擦拭时，遮盖层可实现不透明-透明切换，实现信息的解码，显示CdS信息层图案。相关工作以“Low-Angle-Dependent Anticounterfeiting Label Decoded by Alcohol Tissue Wiping Based on a Multilayer Photonic Crystal Structure”为题发表在国际期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

图1 防伪标签的结构示意及效果展示图

图2 单侧防伪结构的制备及效果展示

首先制备了单面的防伪结构，如图所示，在隐藏状态下，薄膜在接近垂直观察时呈现出源自于上层反蛋白石光子晶体层的红色结构色，由于无序多孔结构的多重散射效应，信息层的图案被隐藏。在酒精湿巾擦拭下，屏蔽层孔洞中的空气迅速被酒精取代。酒精和聚合物之间相近的折射率使得其透明度大幅度提高，因此出现了CdS层的亮绿色的汽车图案。随着多孔结构中酒精的挥发，亮绿色的汽车图案消失，红色的结构色重新出现。此外，由于CdS层和上层反蛋白石光子晶体层的有效折射率差异较大，两种结构所产生的结构色展示出不同的角度变色效果，提高了防伪标签的复杂程度。在隐藏模式下，源上层反蛋白石光子晶体层的结构色随角度的变化，从红色渐变为蓝色，展现出丰富的色彩输出。在显示模式下，源自CdS层的结构色则保持为绿色，提供了稳定的颜色输出。

图3 双侧防伪结构的制备和效果展示

为了增强防伪能力，在单侧结构的基础上设计了双面防伪标签。如图3所示，首先制备了正反面不同图案和颜色的信息层（背面：绿色车形，正面：橙红色花形）。以不同粒径的CdS微球分别构筑了花形图案和车形图案，并在两者之间引入不透明的CdS无序结构以消除两侧信息之间的相互影响。在自然光下，防伪标签表现出双面红色的结构色。用酒精湿巾擦拭标签的一侧时，绿色汽车的图案立即显露出来。擦拭另一侧时，则立即显示出橙红色花朵的图案。随着酒精的挥发，标签的两侧迅速恢复到原来的红色状态，图案被隐藏起来，两侧的解码效果互不影响。综上所述，该防伪标签具有双面防伪效果，通过酒精纸巾擦拭，即可实现不同侧信息的隐藏和显现。此外，鲜明、低角度依赖性的结构色，更有利于实现信息的稳定表达。

小结：作者将高折射率的CdS光子晶体引入多层结构中，设计了具有精密防伪能力的结构色标签。具有亮丽的低角度依存结构色的CdS信息层确保了信息传输的稳定性，聚合物反蛋白结构赋予了防伪标签信息隐藏状态下随角度变化的多彩变色效果。酒精湿巾擦拭下可实现透明-不透明切换的聚合物屏蔽层则赋予结构简单的解码方式。该标签在日常防伪领域表现出极大的应用潜力。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c04901

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