February 2023

  假冒产品现在已逐渐对多领域的公司造成了困扰。因此，产品的防伪材料备受关注。然而，现有的防伪材料都是靠在不同条件下显示不同颜色来鉴别真伪，其容易被造假者破译并仿制，急需一种新型且可靠的防伪技术。雄性Troides magellanus蝴蝶其后翅具有在三维光子晶体中嵌入发光材料这一独特结构，可以在不同的光照条件下可以显示出不同的颜色。这有望成为一种新型的防伪技术。然而，如何有效地整合化学单元（发光材料）和物理单元（光子晶体）来生产大尺寸和高质量的光子晶体薄膜成为了巨大的挑战。

  鉴于此，复旦大学汪长春教授团队将化学单元（镧系元素掺杂的荧光团和磷光体）结合到物理单元（光子晶体）中，并通过一种称为分子介导的剪切诱导组装技术(MSAT)将其组装成大尺寸光子晶体薄膜（图1）。制备的复合薄膜具有三种独特的光学状态：1）白光下呈现彩虹色；2）365 nm 紫外线照射下具有荧光；3）黑暗中则具有磷光。这大大提高了信息加密系统的安全级别，同时，高维信息加密系统集成了来自物理(周期性光子晶体结构)和化学(发光材料)来源的颜色，使其几乎不可能被仿制。该论文以“Butterfly-Inspired Tri-State Photonic Crystal Composite Film for Multilevel Information Encryption and Anti-Counterfeiting”为题发表在Advanced Materials上。

图1. 蝴蝶启发的三态光子晶体（PC）薄膜

三态PC薄膜的光学和结构特性

  图2中，具有不同结构色的三态PC薄膜在白光下呈现出红色、绿色和蓝色。 当UV打开时，三种薄膜都显示黄色荧光（图2c），当UV关闭时显示蓝绿色磷光（图 2d）。在白光下，颜色由薄膜的物理单元（通过壳-层-核（CIS）粒子的周期性纳米结构反射光）决定，而化学单元决定在有无紫外线照射时的颜色（周期性纳米结构中嵌入的发光材料发出的光）。由于这三种薄膜是用不同直径的CIS颗粒制备的，它们的晶格常数及其物理结构均不同，从而导致白光下的结构色不同。PC薄膜中嵌入的发光材料（化学单元）是相同的，这解释了相同的荧光和磷光颜色。

各种形状三态PC薄膜的制备及其颜色稳定性

  各种形状的三态PC薄膜可以通过具有各种形态的光掩模来制造（图3a）。将制备出的各种形状的三态PC膜置于室内照明条件下1周、1个月和6个月，没有观察到明显的颜色退化（图3d），这表明三态PC薄膜在日常使用中足够稳定，可用于进一步的应用开发。

图3. 各种形状三态PC薄膜的制备及其颜色稳定性

基于MSAT的大尺寸三态PC薄膜的生产

  三态颗粒浆料（CIS，黄色荧光材料和蓝绿色磷光材料）首先夹在两片聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜之间，然后放在MSAT机器上。复合薄膜被机器连续弯曲，最外面的两层PET薄膜会产生相对滑动，从而剪切内部颗粒浆料并迫使其排列成有序的PC结构（图 4a（ii）），并最终成功制造大尺寸三态PC薄膜（图 4a（iii））。其可以应用在多个领域。

图4. 大尺寸三态PC薄膜的制造及其应用

资讯来源于复旦大学汪长春教授团队