具有選擇反射和熒光性能的雙機制防偽液晶的應用研究

莫晨曦，李安明，崔媛媛，朱孝吉，高饒饒，姜傳棟，么 冰

（徐州工程學院 材料與化學工程學院，江蘇 徐州 221018）

目前，采暖設備的防偽多采用企業Logo和二維碼等，防偽力度低，而且無法提示溫度，容易出現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態防偽材料。常用的溫感動態防偽材料是液晶變色材料，可以通過色彩的動態變化展現溫度的變化。但是，已經商業化的溫感液晶變色材料存在以下缺點：變色溫區窄，通常在80 ℃以上就失去變色防偽功能；只能在明場條件下使用，暗場下無法觀測。綜上所述，本研究構筑一種手性熒光液晶低聚物，以拓寬變色溫區，實現寬溫區動態變色防偽。其分子結構中既有手性液晶的螺旋結構，又有熒光發色團的結構，實現明暗場雙機制防偽。

1 實驗

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、3,4-二氟苯基雙環己基丁烯、聚甲基含氫硅氧烷PMHS按照一定的物質的量比溶于四氫呋喃中，轉移至三口燒瓶中后，以六氯合鉑酸作為催化劑，60 ℃恒溫反應 48 h。經分離提純烘干后，涂覆成膜，考察選擇反射和光致發光的性質。

1.2 使用設備

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 結果與討論

2.1 結構表征

采用XRD對本產品的手性液晶螺旋結構進行表征。研究結果表明：本產品在2θ=17.3°附近有寬的彌散峰，如圖1所示；偏光分析結果如圖2所示。本產品在升溫和降溫的過程中均展現手性液晶典型的Grandjean液晶織構，結合XRD和偏光分析，本產品為典型的手性液晶材料，具有手性液晶的螺旋結構。熒光發射光譜（見圖3）表明：本產品結構中含有熒光發色團，最大發射波長在395 nm附近，表明其熒光色彩為藍色。

圖1 XRD譜

圖2 偏光照片

圖3 熒光發射光譜

2.2 熒光性能分析

在暗場與紫外光激發下，本產品能夠發射高強藍色熒光，且熒光強度可由溫度進行可逆調控，隨溫度的升高呈現單調降低的趨勢。由于光激發電子的帶隙躍遷行為對溫度的敏感性，可以通過溫度動態控制手性熒光液晶的熒光發射行為。采用配備Linkam THMSE-600加熱臺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射光譜。在340 nm紫外光激發下，可明顯觀察到：手性熒光液晶的熒光發射強度隨著溫度的升高呈現單調下降趨勢，這種現象與理論描述熒光強度與溫度關系的熱激活函數一致。

2.3 選擇反射性能分析

手性液晶的螺旋結構賦予其獨特的布拉格選擇反射的特性。本產品涂覆成膜后可以觀察到布拉格選擇反射。在明場條件下，當觀察的視線與手性熒光液晶防偽膜平面的角度由90°向30°逐漸轉變時，手性液晶防偽膜選擇反射的色彩由紅色逐漸轉變為綠色，并且具有可逆性和可重復性。

3 結語

在明場條件下，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變為綠色，暗場及紫外光激發可發射藍色熒光，集明、暗場的三基色雙重防偽機制于一體，具有可逆性、可重復性，使其無法用任何高清晰度的掃描儀、彩色復印機及其他設備復制，是一種高安全性和高可靠性的先進防偽材料。