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四川大學(xué)宋飛教授《ACS Nano》:可用于光多路信息加密的偏振與結(jié)構(gòu)色可調(diào)仿生多級(jí)光子材料
2025-02-12  來源:高分子科技

  隨著現(xiàn)代社會(huì)和信息技術(shù)的快速發(fā)展,信息存儲(chǔ)和加密在產(chǎn)品可追溯性和安全性方面的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注。手性光子晶體因其復(fù)雜的周期性納米結(jié)構(gòu)與獨(dú)特的光操控特性,成為制備防偽加密系統(tǒng)的理想候選材料。傳統(tǒng)的防偽技術(shù)受制于簡(jiǎn)單的單通道解密,容易被復(fù)制。光多路復(fù)用技術(shù)利用光的空間分布(振幅、相位、偏振等)進(jìn)行信息集成可明顯提高信息存儲(chǔ)密度。近年來,已有利用手性光子晶體偏振效應(yīng)和結(jié)構(gòu)色構(gòu)建光學(xué)防偽系統(tǒng)的研究,但由于構(gòu)建模塊的手性結(jié)構(gòu)不可切換,依然存在信息存儲(chǔ)單調(diào)且易于訪問的局限性。因此,研究具有高安全性以及簡(jiǎn)便解密操作的光多路復(fù)用光子防偽系統(tǒng)具有重要意義。


  四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院環(huán)保型高分子材料國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室宋飛教授團(tuán)隊(duì)致力于研究纖維素光子晶體材料設(shè)計(jì)及其功能化應(yīng)用。在前期研究中,該團(tuán)隊(duì)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(qiáng)相互作用,實(shí)現(xiàn)了對(duì)HPC光子晶溫度響應(yīng)區(qū)間、速度及靈敏度的調(diào)控(Adv. Sci. 2023, 10, 2206290;Nano Lett. 2023, 21, 984),提出了一種協(xié)同溫度和時(shí)間分辨的信息編碼和高端防偽技術(shù);通過動(dòng)力學(xué)捕獲乙基纖維素(EC)膽甾相域中的缺陷態(tài)(Chem. Eng. J. 2024, 479, 147669),實(shí)現(xiàn)了EC光子晶體圓偏振態(tài)的調(diào)節(jié),構(gòu)建了基于結(jié)構(gòu)色和圓偏振的信息隱藏與加密系統(tǒng)。


  近期,該團(tuán)隊(duì)受甲蟲(Chrysina resplendens)表皮圓偏振結(jié)構(gòu)色現(xiàn)象所啟發(fā),利用自組裝和剪切定向技術(shù),制備出具有可調(diào)光子帶隙與取向紋理的復(fù)合光子晶體,從而構(gòu)建了基于波長(zhǎng)和偏振態(tài)控制的光多路復(fù)用防偽系統(tǒng)。復(fù)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?qū)訕?gòu)成。通過調(diào)節(jié)EC濃度,可以在光子層中實(shí)現(xiàn)多樣化的結(jié)構(gòu)色;通過調(diào)整取向?qū)拥娜∠蚨群秃穸,可以控制入射光的相位延遲,從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合光子晶體對(duì)圓偏振光的復(fù)雜調(diào)制。利用這種復(fù)合多級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可以使用完全相同的生物模塊實(shí)現(xiàn)具有不同圓偏振特性的結(jié)構(gòu)色,并且其無痕界面確保了結(jié)構(gòu)的高保密性與耐用性;诓ㄩL(zhǎng)與偏振敏感特性,該復(fù)合光子晶體可用于光學(xué)多路信息存儲(chǔ)以及多通道3D和4D防偽加密。


圖1. EC復(fù)合光子晶體中光子層的光學(xué)特性


圖2. EC復(fù)合光子晶體中取向?qū)訉?duì)入射光的相位延遲調(diào)制


圖3. 基于EC復(fù)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(fā)表于《ACS Nano》(10.1021/acsnano.4c16597)。論文第一作者是四川大學(xué)博士生李林越,通訊作者是宋飛教授,該工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目(U21A2096)和四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2024NSFSC0011)等經(jīng)費(fèi)支持。


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

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