• 石墨烯水凝膠制成結構色條紋 可作為動態條形碼標簽

    來源:網絡整理   發布時間:2017年12月04日

    導語: 近日,我國又有一項利用結構色的研究成果在材料領域頂級雜志AdvancedMaterials上發表:東南大學生物電子學國家重點實驗室的趙遠錦教授和顧忠澤教授研究團隊提出了一種利用石墨烯水凝膠制成結構色條紋,并設想將其作為動態條形碼標簽。

    日前,我國研究人員利用仿生結構色原理制備出彩色碳纖維的消息受到業界廣泛關注(新技術|我國研究出彩色碳纖維織物,仿生結構生色顏色鮮艷且耐洗滌)。近日,我國又有一項利用結構色的研究成果在材料領域頂級雜志AdvancedMaterials上發表:東南大學生物電子學國家重點實驗室的趙遠錦教授和顧忠澤教授研究團隊提出了一種利用石墨烯水凝膠制成結構色條紋,并設想將其作為動態條形碼標簽。

    動態條碼有何優勢?

    條碼是迄今為止最經濟、實用的一種自動識別技術。常見的條形碼是由反射率相差很大的黑條(簡稱條)和白條(簡稱空)排成的平行線圖案,它可以標出物品的生產國、制造廠家、商品名稱、生產日期、圖書分類號、郵件起止地點、類別、日期等許多信息,因而在商品流通、圖書管理、郵政管理、銀行系統等許多領域都得到廣泛的應用。但是,現存的條形碼都是靜態的單一圖形,可以保證商品條碼在全世界范圍內不重復,但沒有防偽屬性。

    具有響應能力的異質結構色

    結構色來源于周期性的有序納米結構,廣泛存在于自然界中,是許多生物重要的功能組成部分。利用仿生的方法,科學家已經研制出可變結構色,如由100nm左右的聚合物球組成的晶體點陣水凝膠光子晶體,當水凝膠感應外場如電、光、熱、磁、力、化學環境等變化時,體積發生可逆的膨脹和收縮,導致晶格間距可逆變化,從而引起表面顏色發生改變。

    雖然許多類型的可調諧結構色材料已經被開發了出來,但想要找到一種簡單有效的方式來遠程控制結構色的變化仍然是一個挑戰。因此,研究者們仍然希望能夠開發一種具有新型響應能力的異質結構色材料來填補仿生結構色材料研究領域的空白。

    在毛細管中自組裝形成結構色材料

    研究團隊提出了一種通過膠體納米粒子在毛細管中快速自組裝來形成所需形貌結構色材料的新策略:由于固-液-空氣界面下降和膠體組裝的不同步過程,這些納米顆??梢栽诿毠艿膬缺砻嫔闲纬煞蔷鶆虻沫h形條紋圖案。通過調整膠體自組裝過程中的相關參數,如毛細管內徑和膠體粒子濃度來精確地調整結構色條紋圖案的寬度和間距。同時,通過使用不同粒徑的粒子進行單根毛細管組裝,可以實現具有不同結構色或不同結構色組合的條紋圖案。

    有趣的是,通過將近紅外光響應的石墨烯水凝膠整合到結構色條紋圖案后,這種復合材料可以像一些生物一樣被賦予可逆的向光彎曲行為,同時伴隨著顏色自報告的特性。當用單側近紅外光照射纖維時,由于石墨烯水凝膠優越的光熱轉化效率,受照射區域會發熱而發生收縮,這種不均衡的局部收縮不僅會導致纖維向光彎曲,還會導致結構色區域性藍移。這表明通過觀察特定位置處條紋的結構色,可以半定量地確定纖維的彎曲角度。這種獨特的傳感功能使得結構顏色條紋成為智能軟件材料的最佳選擇之一。 

    石墨烯復合水凝膠纖維在近紅外光下的形狀顏色雙重仿生調控

    為了進一步證明該智能材料的潛在價值,研究人員將該結構色彩水凝膠條紋設計成一種具有防偽功能的動態條形碼標簽。這種條形碼比現有的條形碼提供了更加復雜的信息,從而提高防偽的效果。通過將近紅外光整合到條形碼讀取器中,這些結構色條紋圖案可以在掃描器下顯示出動態的顏色變化,甚至是隱藏的編碼信息。結構色條紋圖案復合材料的這些特征表明了其在模擬結構色生物、構建智能傳感器和防偽設備中的潛在應用價值。

    整理:ChemicalBook中文編輯部

    編輯人員:娜米

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