【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員李明珠課題組和復(fù)旦大學(xué)教授石磊課題組合作，在新型手性結(jié)構(gòu)色材料研究方面取得進(jìn)展。該研究發(fā)現(xiàn)了基于聚合物材料的微半球具有寬帶可調(diào)和多重偏振態(tài)可調(diào)的手性結(jié)構(gòu)色，解決了傳統(tǒng)手性結(jié)構(gòu)色材料依賴(lài)特殊的成分、精細(xì)的納米結(jié)構(gòu)和單一的偏振調(diào)制等問(wèn)題，有望在立體顯示、生物傳感、量子通信和信息安全等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
手性結(jié)構(gòu)色材料具有多重光學(xué)可調(diào)自由度，能夠攜帶高維信息，是大容量信息存儲(chǔ)和加密的理想材料。受自然界生物的啟發(fā)，有研究開(kāi)發(fā)出具有增強(qiáng)手性活性、動(dòng)態(tài)手性和可調(diào)顏色的人工手性結(jié)構(gòu)色材料，但這些人工手性結(jié)構(gòu)色材料受限于特殊的成分和精密的納米結(jié)構(gòu)。同時(shí)，這些材料通常展現(xiàn)出單手性，限制了其調(diào)控光的多重偏振態(tài)的能力。因此，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單易制備、具有全偏振操縱能力的手性結(jié)構(gòu)色材料頗具挑戰(zhàn)性。
該研究發(fā)現(xiàn)，聚合物材料制備的微半球手性結(jié)構(gòu)色材料即微半球，具有偏振依賴(lài)的手性光學(xué)響應(yīng)特點(diǎn)，且其不對(duì)稱(chēng)因子達(dá)1.998。研究在理論和實(shí)驗(yàn)上證明，微半球的手性光學(xué)響應(yīng)是來(lái)源于線偏振光入射時(shí)，線偏振光的兩個(gè)分量即s分量和p分量之間經(jīng)過(guò)多次全內(nèi)反射產(chǎn)生π/2的相位差。微半球的結(jié)構(gòu)色和圖案可由簡(jiǎn)便、精確、高效的數(shù)字打印方法編程定制。同時(shí)，研究顯示，微半球具有多重的偏振態(tài)和寬帶可調(diào)的手性光學(xué)響應(yīng)。研究利用微半球反射光偏振態(tài)的非均勻空間分布特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)控入射光的偏振方向，實(shí)現(xiàn)了全彩結(jié)構(gòu)色亮度的連續(xù)精確調(diào)控。微半球的色調(diào)和亮度對(duì)其形態(tài)和入射偏振方向非常敏感，因此可以通過(guò)設(shè)計(jì)微半球的排列和入射光的偏振角來(lái)編碼不同信息。
進(jìn)一步，該研究模仿基于虹膜的身份識(shí)別系統(tǒng)，提出了將微半球與隱形眼鏡集成來(lái)實(shí)現(xiàn)新型身份認(rèn)證的策略。研究通過(guò)設(shè)計(jì)同心圓弧的數(shù)量、形貌、取向、顏色和偏振，實(shí)現(xiàn)了五重加密功能。當(dāng)同心圓弧的數(shù)量、形貌、取向、顏色和偏振都是4種類(lèi)型的情況下，即可實(shí)現(xiàn)232種編碼容量。這表明，將微半球集成到隱形眼鏡中，可以為提升個(gè)人身份信息安全開(kāi)辟新途徑，并可能通過(guò)整合不同的光學(xué)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。
上述研究發(fā)現(xiàn)并證明了微半球的手性結(jié)構(gòu)色。這一微半球作為一種光學(xué)編碼，具備顏色、偏振、圖案等多個(gè)自由度，具有擴(kuò)大存儲(chǔ)容量和提高信息安全性的優(yōu)點(diǎn)，在顯示、信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)安全等方面具有應(yīng)用潛力。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目等的支持。
微半球手性結(jié)構(gòu)色材料的光學(xué)特征
微半球手性結(jié)構(gòu)色材料與隱形眼鏡集成用于身份認(rèn)證
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