具有選擇反射和熒光性能的雙機(jī)制防偽液晶的應(yīng)用研究

莫晨曦，李安明，崔媛媛，朱孝吉，高饒饒，姜傳棟，么 冰

（徐州工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221018）

目前，采暖設(shè)備的防偽多采用企業(yè)Logo和二維碼等，防偽力度低，而且無法提示溫度，容易出現(xiàn)老人和孩童被燙傷的情況。因此，亟需一種能夠感知高溫的動(dòng)態(tài)防偽材料。常用的溫感動(dòng)態(tài)防偽材料是液晶變色材料，可以通過色彩的動(dòng)態(tài)變化展現(xiàn)溫度的變化。但是，已經(jīng)商業(yè)化的溫感液晶變色材料存在以下缺點(diǎn)：變色溫區(qū)窄，通常在80 ℃以上就失去變色防偽功能；只能在明場(chǎng)條件下使用，暗場(chǎng)下無法觀測(cè)。綜上所述，本研究構(gòu)筑一種手性熒光液晶低聚物，以拓寬變色溫區(qū)，實(shí)現(xiàn)寬溫區(qū)動(dòng)態(tài)變色防偽。其分子結(jié)構(gòu)中既有手性液晶的螺旋結(jié)構(gòu)，又有熒光發(fā)色團(tuán)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)明暗場(chǎng)雙機(jī)制防偽。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 制備過程

將手性液晶烯丙氧基苯甲酸膽甾醇酯、十一烯酸苾甲醇酯、3,4-二氟苯基雙環(huán)己基丁烯、聚甲基含氫硅氧烷PMHS按照一定的物質(zhì)的量比溶于四氫呋喃中，轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中后，以六氯合鉑酸作為催化劑，60 ℃恒溫反應(yīng) 48 h。經(jīng)分離提純烘干后，涂覆成膜，考察選擇反射和光致發(fā)光的性質(zhì)。

1.2 使用設(shè)備

X射線衍射（X-ray Diffraction，XRD）儀，偏光顯微鏡（日本奧林巴斯），光纖光譜儀。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)構(gòu)表征

采用XRD對(duì)本產(chǎn)品的手性液晶螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。研究結(jié)果表明：本產(chǎn)品在2θ=17.3°附近有寬的彌散峰，如圖1所示；偏光分析結(jié)果如圖2所示。本產(chǎn)品在升溫和降溫的過程中均展現(xiàn)手性液晶典型的Grandjean液晶織構(gòu)，結(jié)合XRD和偏光分析，本產(chǎn)品為典型的手性液晶材料，具有手性液晶的螺旋結(jié)構(gòu)。熒光發(fā)射光譜（見圖3）表明：本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中含有熒光發(fā)色團(tuán)，最大發(fā)射波長在395 nm附近，表明其熒光色彩為藍(lán)色。

圖1 XRD譜

圖2 偏光照片

圖3 熒光發(fā)射光譜

2.2 熒光性能分析

在暗場(chǎng)與紫外光激發(fā)下，本產(chǎn)品能夠發(fā)射高強(qiáng)藍(lán)色熒光，且熒光強(qiáng)度可由溫度進(jìn)行可逆調(diào)控，隨溫度的升高呈現(xiàn)單調(diào)降低的趨勢(shì)。由于光激發(fā)電子的帶隙躍遷行為對(duì)溫度的敏感性，可以通過溫度動(dòng)態(tài)控制手性熒光液晶的熒光發(fā)射行為。采用配備Linkam THMSE-600加熱臺(tái)的紫外可見光纖光譜儀，跟蹤不同溫度下手性熒光液晶的熒光發(fā)射光譜。在340 nm紫外光激發(fā)下，可明顯觀察到：手性熒光液晶的熒光發(fā)射強(qiáng)度隨著溫度的升高呈現(xiàn)單調(diào)下降趨勢(shì)，這種現(xiàn)象與理論描述熒光強(qiáng)度與溫度關(guān)系的熱激活函數(shù)一致。

2.3 選擇反射性能分析

手性液晶的螺旋結(jié)構(gòu)賦予其獨(dú)特的布拉格選擇反射的特性。本產(chǎn)品涂覆成膜后可以觀察到布拉格選擇反射。在明場(chǎng)條件下，當(dāng)觀察的視線與手性熒光液晶防偽膜平面的角度由90°向30°逐漸轉(zhuǎn)變時(shí)，手性液晶防偽膜選擇反射的色彩由紅色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色，并且具有可逆性和可重復(fù)性。

3 結(jié)語

在明場(chǎng)條件下，隨著觀察角度的變化，手性液晶防偽膜選擇反射的色彩由紅色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色，暗場(chǎng)及紫外光激發(fā)可發(fā)射藍(lán)色熒光，集明、暗場(chǎng)的三基色雙重防偽機(jī)制于一體，具有可逆性、可重復(fù)性，使其無法用任何高清晰度的掃描儀、彩色復(fù)印機(jī)及其他設(shè)備復(fù)制，是一種高安全性和高可靠性的先進(jìn)防偽材料。