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  使用波長可調(diào)的結(jié)構(gòu)色代替熒光以實(shí)現(xiàn)信息保護(hù)，可避免光漂白、固態(tài)聚集萃滅等問題。這種結(jié)構(gòu)色來自于重復(fù)周期與可見光波長相當(dāng)?shù)年嚵薪Y(jié)構(gòu)。然而，結(jié)構(gòu)色所攜帶的信息通常處于可見區(qū)，雖可隨觀測角度發(fā)生變化，但難以隱藏。

  西南大學(xué)黃進(jìn)教授、甘霖副教授及馮娜研究生通過調(diào)控棒狀纖維素納米晶（CNC）的組裝周期，將圖案化CNC陣列所攜信息隱藏于紫外區(qū)（如圖1a所示）。同時(shí)，基于棒狀納米顆粒組裝結(jié)構(gòu)對光的局域共振作用，纖維素與光的非彈性碰撞大幅增強(qiáng)，使CNC的組裝結(jié)構(gòu)在紫外光照下實(shí)現(xiàn)了藍(lán)光顯影（如圖1b和1c所示）。

圖1: 內(nèi)襯圖案化CNC組裝結(jié)構(gòu)的王希孟《千里江山圖》復(fù)印圖分別在(a) 可見光燈，(b) 可見光燈加紫外光燈，和(c) 紫外光燈下的照片。(a) 中紅虛線為CNC組裝結(jié)構(gòu)所在位置。

  CNC由于表面極性強(qiáng)，所帶電荷量高，其在水中分散時(shí)易呈膽甾液晶相。若直接流延成膜，CNC的組裝結(jié)構(gòu)將具有手性，使其對光的局域共振結(jié)構(gòu)減弱。因此，該工作通過蒸發(fā)誘導(dǎo)垂直組裝的方式，使CNC在毛細(xì)力與重力作用下實(shí)現(xiàn)取向組裝以消除手性（如圖2a所示）。進(jìn)一步通過調(diào)節(jié)組裝前CNC分散狀態(tài)及組裝過程溶劑蒸發(fā)速率，可將CNC陣列的角度分度半峰寬縮小至6.73o（如圖2b和2c所示）。

圖2: (a) 溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)CNC垂直組裝示意圖，(b) CNC垂直組裝的原子力顯微鏡圖，和(c) CNC垂直組裝結(jié)構(gòu)的角度分布統(tǒng)計(jì)圖。

  此時(shí)，根據(jù)納米陣列結(jié)構(gòu)色波長公式(1)和CNC組裝周期計(jì)算公式(2)，可得出CNC組裝結(jié)構(gòu)的理論值推導(dǎo)結(jié)果（公式(3)）。進(jìn)一步通過選取合適長度的CNC，使CNC陣列的結(jié)構(gòu)光成功地調(diào)控至紫外區(qū)（如圖3a所示），便是該工作實(shí)現(xiàn)圖案化CNC陣列信息隱藏的原理。

 （1）

其中，m為陣列維度系數(shù)（=1），λ_Bragg為結(jié)構(gòu)色波長，D為CNC組裝周期，n_eff為CNC組裝結(jié)構(gòu)的有效折射率，θ為入射角（=90o）。

（2）

其中，V_CP為CNC在密堆積中的理論體積分?jǐn)?shù)，V_CNC為CNC在組裝結(jié)構(gòu)中的實(shí)際體積分?jǐn)?shù)，L_CNC為CNC的平均長度。

（3）

其中，ρ_VA為CNC垂直組裝膜的密度。

  同時(shí)，兩個(gè)現(xiàn)象可證明，CNC垂直組裝結(jié)構(gòu)在紫外光照下發(fā)藍(lán)光是由CNC組裝誘導(dǎo)的非彈性散射引起的。第一，當(dāng)CNC無序排列（如圖3d所示）時(shí)，CNC膜無光致發(fā)光現(xiàn)象。第二，CNC的光致發(fā)光譜（圖3c）與CNC的拉曼光譜（圖3b）完全對映（拉曼散射是光子能量減少的非彈性碰撞引起的）。

圖3: CNC垂直組裝膜的(a) 消光光譜，(b) 拉曼光譜，和(c) 光致發(fā)光光譜；(d) CNC無序組裝的AFM圖。

  該工作所制備的CNC組裝誘導(dǎo)發(fā)光膜，不僅無需擔(dān)心光漂白，固態(tài)發(fā)光淬滅問題，且發(fā)光效率高（QE=13.9%），能實(shí)現(xiàn)信息隱匿和快速顯影。作為一種生物質(zhì)、無污染的固態(tài)發(fā)光結(jié)構(gòu)，該材料在未來的信息保護(hù)，尤其是紙質(zhì)證件的防偽等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。

  該研究以題為“Assembly-Induced Emission of Cellulose Nanocrystals for Hiding Information”發(fā)表在Particle & Particle Systems Characterization（2019, 1800412）期刊，甘霖副教授和馮娜研究生為共同第一作者，黃進(jìn)教授為通訊作者。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ppsc.201800412