近日，我院郑致刚教授团队在液晶倾斜螺旋结构色研究方面取得了阶段性新进展，相关研究成果以“Programming multicolour micro-patterns via regional polymer-stabilized heliconical soft architecture”为题发表在《Journal of Materials Chemistry C》。

结构色具有高空间分辨率、偏振相关性和抗褪色性等优点，已广泛应用于数据存储、光学防伪、信息安全及全息显示等领域。结构色的宽谱域动态调控对超大容量信息存储、高分辨率防伪及低功耗信息处理与传输具有重要意义。然而，基于光学超表面的结构色调谐主要依赖于纳米结构的尺寸、取向的设计或应用场景需求，不仅需要复杂的制造工艺及表征方法，且在饱和度和动态调制方面存在技术和功能上的挑战。胆甾相液晶作为一类具有刺激响应特性的软物质光学材料，可通过电场刺激改变液晶分子排列，进而动态操控其螺旋微结构及反射色。然而，利用传统胆甾相液晶实现超宽波段结构色的动态电场调谐以及图案化微结构编辑仍面临巨大挑战。

为了解决上述问题，郑致刚教授带领的研究团队基于液晶二聚体构建了广谱域可调谐倾斜螺旋胆甾相液晶体系，开发了一种图案化微区域聚合物稳定倾斜螺旋技术，创新性地实现了倾斜螺旋体系结构色的高精度高饱和度图案化驱动与显示。通过将反应性丙烯酸酯基单体与室温倾斜螺旋胆甾相体系结合，在施加电场时进行掩模紫外曝光，获得了图案化的倾斜螺旋液晶微结构，撤去电场后仍然维持倾斜螺旋排列，因此实现了区域可编程的双结构色光栅图案微结构的构建。这种光栅图案包含一个稳定结构色和一个电场可驱动结构色，可以在较宽色域内进行区域化结构色电场调制，从而实现微图案的调制、隐藏、显示和擦除以及相应的光涡旋衍射调谐。与背光及发光显示器件相比，此类彩色图案作为无源反射装置可通过反射环境光进行显示，消耗的能量更少。因此，它有望用作结构色防伪标签，其灵活设计的颜色组合有助于其集成和应用。

图1. 基于液晶倾斜螺旋的结构色编辑

此外，采用数字微镜器件(DMD)高精度动态数字掩模微缩投影编程曝光发展了多结构色共存的图案化倾斜螺旋微结构，创新性地实现了双图案信息的写入记录与结构色矩阵编码，并通过调节电场实现了信息的可逆切换与擦除，从而对信息进行加密。这种基于聚合物稳定倾斜螺旋液晶结构色的彩色标签、双重图案信息切换与加密以及矩阵编码策略，是一种简便、无源、低成本的先进加密防伪技术，为信息安全的发展提供了新的思路。

该研究工作主要是由博士生刘炳辉在郑致刚教授的指导下完成，得到了国家优秀青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、上海市教委科技创新重大项目以及上海市“曙光计划”等项目的支持。

原文信息：

https://doi.org/10.1039/D2TC03671A