甲虫Shell-Inspired液晶创建防伪QR码

博士领导的研究小组Jialei他名古屋大学研究生院的工程开发了一种方法来处理的胆甾相液晶(clc)微米大小的球形粒子。clc是一种具有螺旋结构的液晶,给他们独特的光学特性和选择性反射光线的能力。通过结合球形CLC与商用色素粒子,研究人员开发了一个独特的防伪二维码,只能显示在一个特定的圆形偏振镜。该研究结果发表在《先进的光学材料。

clc是大自然的一个例子可以用于工程。如果你曾经注意到彩虹色的翅膀的蝴蝶或光滑的涂层,外骨骼的甲虫,你见过clc能做什么。一旦确定,clc模拟单元产生的颜色外骨骼的甲虫在实验室合成,因为他们的不寻常的颜色和属性,它介于液体和晶体。

特别有用的是clc的光学特性。他们显示不同寻常的颜色由于其独特的分子结构和光学特性导致的选择性反射特定波长的光。clc由长分子重复本身形状的螺旋。螺旋,垂直距离从一个地区的循环,重复被称为“节”。如果螺旋重复单位很近,液晶有短节距和反映了更短的波长的光,发出蓝色和紫色的颜色。然而,这些与垂直空间有较长的波长更长,导致红色或橙色。

让事情更加复杂的是,因为构成晶体的分子排列在一个螺旋,颜色可以改变取决于观众的螺旋方向。因此,无限的颜色可能取决于液晶是如何看待。

为了更有效地利用CLC,研究人员让球CLC粒子。这些粒子是球形,包括螺旋三维矩阵,使科学家们可以更好地控制他们的颜色。然而,一个主要问题是大小。当前的方法创建100微米的球形CLC粒子,这对于大多数使用太大。为了解决这个问题,研究人员Jialei他(他/他)和Yukikazu Takeoka名古屋大学(他/他)和他们的同事使用的混合溶剂创建球形CLC粒子的粒度控制使用一种称为分散聚合的技术几微米。

自从室温采集标本,发现新技术是困难的。“样品测试是一个特别具有挑战性的时间由于疲软的样品在室温下,这是一个固有财产clc,”他博士说。“因此,大量的努力是需要找到一个合适的方法来描述样品没有造成任何损害。”

因为胆甾型液晶的螺距球形clc粒子的大小随曲率的粒子,研究人员做了球形颗粒大小均匀分布。这就是所谓的单分散的球体。“在实验中,我们意外发现,微球的粒径显著影响产生的结构色。我们可以生产各种颜色取决于颗粒大小,”他博士说。“我们还发现,覆盖了球形CLC粒子与聚合物聚二甲硅氧烷改善了颜色和热稳定性。”

这项研究的一个潜在的应用是建立更安全的QR码无法复制。他们可以创建利用clc称为手性的一个特征。手性是指一个对象的属性或分子不能叠加到它的镜像,因为一个不对称。clc手性和有旋光性,所以一个防伪二维码可以创建通过结合球的颜色clc与商用non-chiral颜料粒子。代码只能阅读当一个特定的圆偏振器,允许non-chiral光通过而非手性的二维码。

“球形粒子CLC的发展发展造成本研究将提供新的可能性为低成本结构功能不同于那些传统的颜色材料,“Takeoka博士说。”作为一个特殊的功能性色素用于防伪,它也可以用于其他应用程序利用圆偏振结构颜色与小角的依赖。”

参考:他J,刘年代,高G, et al .粒度控制手性结构的胆甾相液晶单分散粒子的颜色。阿德Opti垫。2300296。doi:10.1002 / adom.202300296

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