在聚合物分散液晶中掺杂的多色荧光分子在高级防伪技术中的应用

《Materials Today Communications》：Application of Multicolor Fluorescent Molecules Doped in Polymer-Dispersed Liquid Crystals for Advanced Anti-Counterfeiting

PDLC材料通过掺杂黄、绿荧光染料降低饱和电压12.2%-27.1%，结合电场调控与多色荧光编码，实现三重防伪机制：1）UV激发显示隐藏二维码；2）分压显示数字加密图案；3）双荧光信号解码表关联真实信息。该技术克服单一响应模式易破解的缺陷，通过材料改性（V_sat降低31.5%）与智能编码（组合解码复杂度提升57%）构建双保险防伪体系，为柔性电子防伪提供新范式。

　　在当今社会，假冒伪劣商品对经济、社会乃至国家安全构成了严重威胁。为了有效应对这一问题，科学家们不断探索新的防伪技术，以提高防伪标签的隐蔽性和安全性。聚合物分散液晶（Polymer-Dispersed Liquid Crystals, PDLC）作为一种具有电控光学特性的材料，因其独特的电光响应特性，被广泛研究用于防伪领域。然而，传统的防伪方法往往依赖单一颜色荧光材料或单一刺激响应机制，这些单模式方案容易被破解和复制，限制了其在高安全性需求场景中的应用。因此，开发具有多重刺激响应和复杂信息加密能力的新型防伪技术成为当前研究的重点。

PDLC是一种由液晶微滴均匀分散在连续聚合物基质中的有机复合材料。在无电压施加时，由于液晶分子的无序排列，其折射率与聚合物基质不匹配，导致光线散射，使PDLC呈现不透明的乳白色状态。而当施加足够电压时，液晶分子会沿电场方向排列，消除光散射效应，使PDLC薄膜变得透明。这种电控光学特性使得PDLC在防伪领域展现出巨大潜力。此外，PDLC还具有快速的开关响应时间、优异的对比度、良好的可扩展制造性等优势，使其适用于多种显示和传感技术，如节能智能窗户、透光显示屏、多功能薄膜和智能电子显示设备等。

尽管PDLC在防伪领域已有一定应用，但其单一模式的特性仍难以满足高安全性的需求。为了突破这一限制，研究者们尝试通过引入多种功能性材料来增强PDLC的性能。例如，将荧光染料和二色染料掺入PDLC体系中，可以改变其电光特性，从而实现更复杂的防伪功能。其中，荧光染料的应用尤为关键，它不仅赋予PDLC发光特性，还通过调整电场强度，使PDLC在不同光照条件下呈现出不同的光学响应。这种多模式的特性为防伪技术提供了新的思路。

在本研究中，研究人员通过系统性地调整液晶体系的组成以及荧光染料的掺杂比例，成功开发出一种具有双色荧光特性的PDLC防伪系统。这种系统在自然光下呈现出干扰图案，在紫外光（UV）照射下则显示出明显的荧光颜色。通过结合特定的解码规则，可以将这两种条件下的信息进行关联，从而准确解码隐藏的信息。这种双色防伪系统不仅提高了防伪材料的保密性，还增强了其对伪造的抵抗力。

为了进一步优化PDLC的性能，研究人员探讨了不同类型的荧光染料对其电光特性的影响。通过实验发现，当在PDLC中掺杂黄色和绿色荧光染料时，其饱和电压（V_sat）分别降低了12.2%和27.1%。这表明，荧光染料的引入能够有效降低PDLC的驱动电压，同时提升其在不同光照条件下的信息显示能力。此外，研究人员还发现，随着荧光染料掺杂比例的增加，PDLC的对比度（CR）逐渐下降，但其在自然光和紫外光下的光散射特性得到了显著改善。这一发现为平衡PDLC的性能提供了重要依据。

在具体实验中，研究人员制备了多个PDLC样品，通过扫描电子显微镜（SEM）分析其微观结构，并测试其电光性能。实验结果显示，当12-F/HPMA比例从8/0逐渐降低至0/8时，PDLC的聚合网络尺寸也随之减小。这种尺寸的变化直接影响了其电光特性，例如对比度和饱和电压。其中，样品A3在12-F/HPMA比例为4/4时表现出最优的电光性能，其饱和电压和对比度达到了理想水平。同时，样品B3和C4在掺杂黄色和绿色荧光染料后，表现出优异的荧光亮度和良好的电光响应，成为进一步研究的重点对象。

研究人员还探讨了不同浓度的荧光染料对PDLC性能的影响。通过调整黄色和绿色荧光染料的掺杂比例，他们成功实现了PDLC在不同光照条件下的多层信息隐藏和显示。例如，在自然光下，PDLC呈现干扰图案；而在紫外光照射下，荧光信号被激发，显示出隐藏的图案信息。为了确保信息的准确解码，研究人员设计了一套解码规则表，将荧光信号与隐藏信息进行对应。这种双色荧光与解码规则的结合，使得PDLC不仅具备良好的光学性能，还具备强大的信息加密能力。

此外，研究人员还利用屏幕印刷技术，将未固化的PDLC与不同浓度的纳米功能材料结合，制备出具有时间分辨特性的防伪材料。这种材料在不同光照条件下表现出不同的光学响应，从而提高了防伪信息的复杂性和隐蔽性。通过这种方法，可以实现更加智能化的防伪系统，使其在实际应用中更具优势。

为了验证所开发的防伪技术的实际应用效果，研究人员设计了多种防伪图案，如二维码和熊图案，并通过PDLC的电光特性实现了信息的逐步揭示。在自然光下，这些图案是隐藏的，只有在施加特定电压时才会显现。这种电压驱动的解码机制不仅增强了防伪材料的安全性，还提高了其信息传递的灵活性。同时，研究人员还开发了数字防伪模式，通过分区域施加不同电压，实现了信息的逐步显示。这种方法不仅提高了防伪信息的复杂性，还使得防伪材料能够根据需求进行定制化设计。

在实际应用中，PDLC防伪系统还展现出良好的环境和机械稳定性，使其能够制成柔性动态防伪标签。这种标签可以灵活地贴附在各种产品表面，既保证了其使用便捷性，又提升了防伪性能。同时，PDLC的多模式响应特性使其在防伪和显示技术中具有广泛的应用前景。

通过引入双色荧光染料和优化电光性能，研究人员成功开发出一种新型的PDLC防伪系统。这种系统在自然光和紫外光下分别呈现出不同的光学响应，使得防伪信息的隐藏和揭示更加复杂和难以复制。此外，通过结合特定的解码规则，这种防伪系统实现了信息的双重保护，即物理标签与数字密钥的结合，有效填补了传统防伪材料与复杂数字加密之间的空白。

本研究不仅为PDLC在防伪领域的应用提供了新的思路，还为下一代防伪技术的发展奠定了基础。通过优化PDLC的组成和掺杂策略，研究人员成功实现了高性能、高安全性、高灵活性的防伪材料。这种材料的制备方法简单，且具备良好的可扩展性，为大规模生产和应用提供了可能。同时，其多模式响应特性使得防伪信息更加难以被复制和破解，从而显著提升了防伪技术的安全水平。

综上所述，PDLC作为一种具有电控光学特性的材料，在防伪领域展现出巨大的应用潜力。通过引入荧光染料和优化其电光性能，研究人员成功开发出一种双色荧光防伪系统，该系统在不同光照条件下呈现出不同的光学响应，结合特定的解码规则，实现了信息的高效隐藏和准确解码。这种新型防伪技术不仅提高了防伪材料的安全性，还为未来的防伪系统设计提供了新的方向。