多带隙隐形图案化光子晶体的制备及磁诱导显现

Due to the low production efficiency and limitation of bandgap control means of conventional self-assembly approaches, the fast fabrication and release of multi-bandgap invisible patterned photonic crystals has been a difficulty in the field of fabrication of functional photonic crystal materials, which severely restricts its practical application in the field of anti-counterfeiting. Therefore,the project will study the preparation of the Fe3O4@C@polymer double shell superparamagnetic colloidal nanoparticles, and plan at solving the problem of long-term suspension stability of the superparamagnetic colloidal particles by tethering long-chain polymer molecules onto their surface to create repulsive steric forces to against the Van der Waals force and molecular surface forces, which will induce the agglomeration of colloidal particles. The project will further study the preparation of magnetically responsive photonic ink based on the as-prepared Fe3O4@C@polymer superparamagnetic colloidal particles, which is compatible with existing commercial ink-jet printer. In the meantime, by using soft lithography, the project plan to prepare print substrate adapted to the magnetically responsive photonic ink, to capture the influence rule on quality of the invisible patterned photonic crystals for surface microstructure of the print substrate, and finally to realize the fast fabrication and magnetically induced release of multi-bandgap invisible patterned photonic crystals by combining the advantages of magnetically induced self-assembly in terms of the fast reversible preparation of photonic crystals、the convenient regulation of bandgap and the advantages of ink-jet printing in that the pattern could be designed at desired by computer software.

传统光子晶体制备方法较低的制备效率，以及带隙调控手段的局限性，使得多带隙隐形图案化光子晶体的快速制备及显现一直是功能性光子晶体材料制备领域的难点，严重制约了其在防伪领域的实际应用。本项目提出通过具有超顺磁性Fe3O4@C@polymer双壳层胶态纳米粒子的设计制备，研究通过胶体粒子表面长链高分子聚合物包覆，产生的空间位阻排斥力来平衡易引起胶体粒子团聚的范德华力和分子表面力等，以解决超顺磁性胶态纳米粒子的长期悬浮稳定性问题；并基于这种粒子，进一步研究制备能与现有商业化喷墨打印机相兼容的磁响应光子晶体墨水；同时设计制备适用于磁响应光子晶体墨水的打印基底，探寻打印基底表面微观结构对隐形图案化光子晶体制备质量的影响规律；通过结合磁诱导自组装方法与喷墨打印技术分别在光子晶体快速可逆制备、带隙的便捷调控以及喷墨打印图案容易设计方面的互补优势，实现多带隙隐形图案化光子晶体的快速喷墨打印制备和磁诱导显现。

当前，仿冒、伪造已成为仅次于毒品犯罪的全球第二大公害。伪造不仅会对整个社会商业领域造成大范围的危害，破坏企业长期以来，花费大量成本建立起来的品牌和名誉等无形资产。对于国家而言，假冒伪劣现象更是给国家的政治，经济，文化等各方面都造成了严重损害。在过去几十年中，国内外的研究人员开发了各种各样的防伪材料和安全技术以用来防止伪造，比如，水印、全息图、防伪金属箔和无线电射频识别技术等。然而，随着这些材料和技术慢慢地被熟知，其防伪功效也将慢慢地减弱。因此，发展新一代可靠的，具有高技术含量的防伪材料和安全技术，以应对日益严重的伪造行为，引起了越来越多国内外研究人员的关注。. 本项目以聚烯吡咯烷酮，葡萄糖，三氯化铁以及醋酸钠为原料，合成了单分散性的超顺磁性胶态纳米粒子。利用了由粒子表面包覆的聚乙烯吡咯烷酮高分子链所产生得的长程空间位阻效应，使合成的超顺磁性胶态纳米粒子在多种溶剂中具有良好的磁诱导自组装效应，产生可几乎覆盖整个可见光谱区域可调衍射颜色。并利用其空间位阻效应产生的，不受溶剂极性，离子强度以及pH值的影响的，具有长期稳定性的磁诱导自组装效应，进一步制备了具有鲜艳衍射颜色的磁响应光子晶体墨水。并基于这种具有良好的磁诱导自组装效应和磁响应长期稳定性的墨水，研究制备了以聚二甲基硅氧烷高分子聚合体为基质的，可用手机识别的磁响应光子晶体防伪商标，这种可用手机识别的磁响应光子晶体防伪商标，具有良好的肉眼识别性和防伪便利性，在防伪领域中具有良好的应用前景。本项目的实施为开发新一代的磁响应光子晶体防伪材料与器件提供了技术支持以及新的思路。