Page 95 - 《精细化工》2022年第9期

第 39 卷第 9 期 精 细 化 工 Vol.39, No.9
2022 年 9 月 FINE CHEMICALS Spet. 2022

功能材料
透明光子晶体薄膜的力致变色调控及防伪应用

*
杨 柳，周意诚，姚玉元，王文涛
（浙江理工大学，材料科学与工程学院，浙江 杭州 310018）

摘要：利用 SiO 2 胶体粒子构筑三维蛋白石光子晶体阵列，并将其嵌入聚二甲基硅氧烷（PDMS）弹性体内，制
备了一种具有力致变色性能的透明光子晶体薄膜。采用 SEM、光纤光谱仪、拉力试验机、数码相机对光子晶体
薄膜的结构、光学性能进行了表征，并研究了其在防伪中的应用。结果表明，施加拉力时，该透明光子晶体薄
膜显现结构色，其最大反射波长随拉伸量的增加可发生持续蓝移，撤销拉力可逆回复至初始状态，且即使经历
100 次循环拉伸，光子晶体薄膜仍保持最大稳定的光学性能。将光子晶体薄膜进行图案化设计，通过施加或撤
销拉力可使隐藏于其中的图案快速显现或消失，表明制备的光子晶体薄膜在防伪领域具有广阔的应用前景。
关键词：光子晶体；透明；力致变色；防伪；功能材料
中图分类号：O734；TB383 文献标识码：A
文章编号：1003-5214 (2022) 09-1813-07 开放科学 (资源服务) 标识码 (OSID)：

Mechanochromic modulation and anti-counterfeiting application of
transparent photonic crystal film

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YANG Liu, ZHOU Yicheng, YAO Yuyuan, WANG Wentao
（School of Materials Science & Engineering, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, Zhejiang, China）

Abstract: A transparent photonic crystal film with tunable mechanochromic properties was prepared by
embedding 3D opal photonic crystals, constructed by self-assembly of SiO 2 colloidal arrays, in elastomeric
polydimethylsiloxane (PDMS). The structure and optical properties were characterized by SEM, fiber
optical spectrometer, tensile testing machine and digital camera, followed by investigation on its
anti-counterfeiting application. The results showed that the transparent photonic crystal film exhibited an
obvious structural color rendering with tensile stress, whose maximum reflectance wavelength could
display a continuous blue shift with tensile strain enhancement. Moreover, the photonic crystal film could
return to its initial state upon stress release. This optical property was still stable and well maintained even
after 100 cycles of stress applying and releasing. Corresponding pattern design of photonic crystal film
based on this optical property could make the hidden pattern appear or disappear quickly by applying or
withdrawing the tension, which could lead to broad application potential in the field of anti-counterfeiting.
Key words: photonic crystals; transparency; mechanochromism; anti-counterfeiting; functional materials

[2]
假冒伪劣是一个日益严重的全球性问题，极大 因其图像与颜色固定可见，易被破解和仿制 。因此，
威胁着国家信誉、企业生存和消费者权益，特别是 亟需研发图像隐蔽、颜色可变的新型光学防伪技术。
[3]
假冒伪劣医药和食品严重危害人类的健康。在众多 刺激响应光子晶体 可通过对外界刺激的响应
防伪技术中，光学防伪技术以人眼对颜色辨别为依 改变自身光子晶体结构，进而调控光子带隙，实现
据，简便可靠，在公众防伪中具有先天优势，广泛 光学颜色的改变，具有响应行为可视，仿制难度高
[1]
用于钱币、食品、医药、服装等国计民生各领域 。 的优点，成为新型光学防伪技术的研究热点 [4-5] 。目
然而，常用光学防伪技术如水印、烫印、全息图等， 前，刺激响应光子晶体的变色防伪研究普遍采用刺

收稿日期：2022-02-23; 定用日期：2022-04-08; DOI: 10.13550/j.jxhg.20220154
基金项目：国家自然科学基金（21908201，22178324）；浙江省自然科学基金（LY21B060011）；中国博士后科学基金（2020M671793）
作者简介：杨 柳（1997—），女，硕士生，E-mail：190029286@qq.com。联系人：王文涛（1988—），男，副教授，E-mail：wtwang@zstu.edu.cn。