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  近日，東南大學(xué)生物電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的趙遠(yuǎn)錦教授和顧忠澤教授研究團(tuán)隊(duì)提出了利用石墨烯水凝膠結(jié)構(gòu)色條紋作為動(dòng)態(tài)條形碼標(biāo)簽的設(shè)想。該研究成果于近日發(fā)表在Advanced Materials 上。

動(dòng)態(tài)條碼有何優(yōu)勢(shì)？

  常見的條形碼是由反射率相差很大的黑條（簡(jiǎn)稱條）和白條（簡(jiǎn)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(hào)、郵件起止地點(diǎn)、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。

服裝標(biāo)簽上的條碼

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(diǎn)陣水凝膠光子晶體，當(dāng)水凝膠感應(yīng)外場(chǎng)如電、光、熱、磁、力、化學(xué)環(huán)境等變化時(shí)，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。

在毛細(xì)管中自組裝形成結(jié)構(gòu)色材料

  研究團(tuán)隊(duì)提出了一種通過膠體納米粒子在毛細(xì)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�？梢栽诿�(xì)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(xì)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(shí)，通過使用不同粒徑的粒子進(jìn)行單根毛細(xì)管組裝，可以實(shí)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。

在毛細(xì)管中形成條紋狀結(jié)構(gòu)色的材料

  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(shí)伴隨著顏色自報(bào)告的特性。當(dāng)用單側(cè)近紅外光照射纖維時(shí)，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(huì)發(fā)熱而發(fā)生收縮，這種不均衡的局部收縮不僅會(huì)導(dǎo)致纖維向光彎曲，還會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)色區(qū)域性藍(lán)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(dú)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(jìn)一步證明該智能材料的潛在價(jià)值，研究人員將該結(jié)構(gòu)色彩水凝膠條紋設(shè)計(jì)成一種具有防偽功能的動(dòng)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(dòng)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(jià)值。

結(jié)構(gòu)色水凝膠條紋作為動(dòng)態(tài)條形碼標(biāo)簽的防偽應(yīng)用

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201704569/abstract