日前，我國研究人員利用仿生結(jié)構(gòu)色原理制備出彩色碳纖維的消息受到業(yè)界廣泛關(guān)注（新技術(shù)|我國研究出彩色碳纖維織物，仿生結(jié)構(gòu)生色顏色鮮艷且耐洗滌）。近日，我國又有一項利用結(jié)構(gòu)色的研究成果在材料領(lǐng)域頂級雜志AdvancedMaterials上發(fā)表：東南大學(xué)生物電子學(xué)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(jié)構(gòu)色條紋，并設(shè)想將其作為動態(tài)條形碼標(biāo)簽。

動態(tài)條碼有何優(yōu)勢？

條碼是迄今為止最經(jīng)濟、實用的一種自動識別技術(shù)。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(biāo)出物品的生產(chǎn)國、制造廠家、商品名稱、生產(chǎn)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(tǒng)等許多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。但是，現(xiàn)存的條形碼都是靜態(tài)的單一圖形，可以保證商品條碼在全世界范圍內(nèi)不重復(fù)，但沒有防偽屬性。

具有響應(yīng)能力的異質(zhì)結(jié)構(gòu)色

結(jié)構(gòu)色來源于周期性的有序納米結(jié)構(gòu)，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(xué)家已經(jīng)研制出可變結(jié)構(gòu)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(dāng)水凝膠感應(yīng)外場如電、光、熱、磁、力、化學(xué)環(huán)境等變化時，體積發(fā)生可逆的膨脹和收縮，導(dǎo)致晶格間距可逆變化，從而引起表面顏色發(fā)生改變。

雖然許多類型的可調(diào)諧結(jié)構(gòu)色材料已經(jīng)被開發(fā)了出來，但想要找到一種簡單有效的方式來遠程控制結(jié)構(gòu)色的變化仍然是一個挑戰(zhàn)。因此，研究者們?nèi)匀幌Ｍ軌蜷_發(fā)一種具有新型響應(yīng)能力的異質(zhì)結(jié)構(gòu)色材料來填補仿生結(jié)構(gòu)色材料研究領(lǐng)域的空白。

在毛細管中自組裝形成結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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，這些納米顆粒可以在毛細管的內(nèi)表面上形成非均勻的環(huán)形條紋圖案。通過調(diào)整膠體自組裝過程中的相關(guān)參數(shù)，如毛細管內(nèi)徑和膠體粒子濃度來精確地調(diào)整結(jié)構(gòu)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(xiàn)具有不同結(jié)構(gòu)色或不同結(jié)構(gòu)色組合的條紋圖案。

有趣的是，通過將近紅外光響應(yīng)的石墨烯水凝膠整合到結(jié)構(gòu)色條紋圖案后，這種復(fù)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(dāng)用單側(cè)近紅外光照射纖維時，由于石墨烯水凝膠優(yōu)越的光熱轉(zhuǎn)化效率，受照射區(qū)域會發(fā)熱而發(fā)生收縮，這種不均衡的局部收縮不僅會導(dǎo)致纖維向光彎曲，還會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)色區(qū)域性藍移。這表明通過觀察特定位置處條紋的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)顏色條紋成為智能軟件材料的最佳選擇之一。 

石墨烯復(fù)合水凝膠纖維在近紅外光下的形狀顏色雙重仿生調(diào)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(jié)構(gòu)色彩水凝膠條紋設(shè)計成一種具有防偽功能的動態(tài)條形碼標(biāo)簽。這種條形碼比現(xiàn)有的條形碼提供了更加復(fù)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(jié)構(gòu)色條紋圖案可以在掃描器下顯示出動態(tài)的顏色變化，甚至是隱藏的編碼信息。結(jié)構(gòu)色條紋圖案復(fù)合材料的這些特征表明了其在模擬結(jié)構(gòu)色生物、構(gòu)建智能傳感器和防偽設(shè)備中的潛在應(yīng)用價值。

整理：ChemicalBook中文編輯部

編輯人員：娜米