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全息复合材料可以实现双重防伪

2022-04-20

  1.全息高分子/液晶/碳纳米管复合材料

  1991年,日本物理学家、化学家Iijima发现了碳纳米管(carbon nanotube,CNT)。CNT可分为单壁碳纳米管(SWCNT)和多壁碳纳米管(MWCNT)。SWCNT可以看作仅由单层石墨薄片卷曲而成,MWCNT则是由几层到几十层石墨片同轴卷绕而成的无缝同心圆柱。CT具有高导电、高机械强度等优点,已广泛应用于高分子基纳米复合材料中。

  2010年,韩国昌原国立大学Jung等研究了全息高分子/液晶/MWCNT复合材料.将MWCNT添加到PUA中会使体系黏度先降低后升高,体系黏度在MWCNT含量为0.05wt%时达到最低。当MWCNT添加量小于0.1wt%时,复合体系黏度小于空白样的黏度,这一现象与爱因斯坦所推导的黏度-固含量模型不符。可能的原因是,MWCNT插入PUA低聚物链,破坏了原有的氢键作用。较低的黏度有利于全息光聚合诱导相分离。因此,加入0.05wt%的MWCNT可以使复合材料的衍射效率从60%上升至80%,但进一步提高MWCNT的添加量会使衍射效率下降。不含MWCNT的复合材料电光响应能力较弱,MWCNT的引入可以改善电光响应性能。当MWCNT含量为0.05wt%时,复合材料的对比度达到最大值。

  韩国釜山国立大学Kim等研究了两种表面状态不同的CNT对全息高分子/液晶/CNT复合材料的影响。这两种CNT分别为未经修饰的多壁碳纳米管(pristine-CNT)和采用异氰酸烯丙酯修饰的多壁碳纳米管(CNT-C=C)。当pristine-CNT或CNT-C=C的添加量为0.6wt%时,富液晶相的宽度均显著增大,表明相分离程度得到提高;当进一步增加CNT含量时,富液晶相宽度减小,表明相分离程度下降。当pristine-CNT或CNT-C=C的添加量为O.6wt%时,复合材料的衍射效率达到最大,且添加了CNT-C=C的复合材料衍射效率更高。此外,添加pristine-CNT和CNT-C=C均可以降低复合材料的驱动电压。

  美国爵硕大学Shriyan和Fonteccbio研究了氧化多壁碳纳米管(oxide multiwalled carbon nanotube,OMWCNT)对全息高分子/液晶/CNT复合材料的影响,结果表明引入OMWCNT同样可以降低驱动电压,但无法提高衍射效率。

  2.全息高分子/液晶/上转换纳米棒复合材料

  上转换发光是一种反斯托克斯发光,即在长波长光源激发下,上转换材料辐射短波长的光。镧系离子掺杂的上转换纳米材料具有丰富的发光颜色、可控的晶体形貌和易修饰的表面结构,已广泛应用于防伪、光动力学治疗、荧光成像等领域。

  解孝林团队合成了镧系离子掺杂的上转换纳米棒(UCNR),并制备了全息高分子/液晶/上转换纳米棒复合材料。采用一维棒状结构的上转换纳米材料主要基于以下两个方面的考虑:①棒状结构有利于克服上转换纳米材料的表面猝灭效应,从而提高发光强度;②棒状结构可以避免纳米粒子的紧密堆积,减少对复合体系相分离的影响。首先分析了上转换纳米棒的长径比的影响。固定液晶和上转换纳米棒含量分别为33wt%和15wt%,增大上转换纳米棒长径比,复合材料的衍射效率呈下降趋势。当上转换纳米棒的长径比达到9.1时,衍射效率仍保持在80%以上;进一步增大上转换纳米棒的长径比至12.6时,衍射效率降低至57%。进一步探究上转换纳米棒含量的影响,发现当上转换纳米棒的添加量低于15w%时,复合材料的衍射效率可维持在90%以上,光散射损失维持在16%以下;进一步提高上转换纳米棒的添加量,将导致衍射效率下降,光散射损失快速上升。

  利用全息高分子/液晶/上转换纳米棒复合材料可以实现双重防伪。给出了在日光灯下观察到的全息图,图像清晰。而在980nm近红外光照射下,只有在全息高分子/液晶/上转换纳米棒复合材料中才能观察到上转换发光。分别采用三种上转换纳米棒,实现了红、绿、蓝三种颜色的上转换发光。上转换发光需要通过专用设备(近红外光源)才能观察,有利于信息加密,实现双重防伪。

  文章内容引用自专业教材,以便高分子科学工程、光学工程等领域的科技工作者作研究参考,未经本书原作者的许可,任何第三方不得复制或者转载本文内容。