具有多重可調(diào)功能的熒光圖案在信息加密、存儲和防偽等方面具有重要意義。然而以往熒光圖案的制備主要包含熒光物質(zhì)合成和圖案化工藝兩個步驟,存在材料合成復(fù)雜、制備工藝繁復(fù)等問題。開發(fā)一種基于無毒材料且具有可調(diào)諧多重功能的高效原位熒光圖案化工藝在熒光防偽領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。
圖1 具有可調(diào)熒光強(qiáng)度和表面微結(jié)構(gòu)的熒光圖案
近期,華南師范大學(xué)華南先進(jìn)光電子研究院周國富教授團(tuán)隊(duì)王耀教授課題組利用激光直寫技術(shù)在纖維素酯(醋酸丁酸纖維素)膜表面原位制備了基于碳點(diǎn)的熒光圖案。通過調(diào)節(jié)激光直寫參數(shù)實(shí)現(xiàn)了表面微結(jié)構(gòu)和熒光性能均可調(diào)節(jié)的熒光圖案的可控制備(圖1)。在特定的二氧化碳脈沖激光功率下(4 W),熒光圖案的熒光強(qiáng)度隨掃描速率的增加先增加后減。▓D1a,e)。并且當(dāng)掃描線間距大于單個脈沖激光點(diǎn)直徑時(shí),熒光圖案表面具有高度可調(diào)節(jié)的線狀圖案 (圖1d,f)。利用該熒光圖案的熒光可調(diào)性可以制備具有三維視覺效果的熒光圖案(圖1c),并且可以通過計(jì)算機(jī)程序化控制,實(shí)現(xiàn)精確,快速,大面的制備不同圖形的熒光圖案(圖1h)。
圖2 熒光圖案的表征
圖3 熒光圖案中碳點(diǎn)的表征
圖4 激光直寫原位制備熒光圖案的機(jī)理
CAB向碳點(diǎn)的轉(zhuǎn)化是由激光誘導(dǎo)的光熱效應(yīng)引起的。研究發(fā)現(xiàn)激光直寫過程中,醋酸丁酸纖維素表面吸熱而熔融,進(jìn)而發(fā)生熱解反應(yīng),使纖維素分子脫水后開環(huán)重組生成碳點(diǎn)(圖4)。作者證實(shí)了激光直寫所繪制的熒光圖案中的熒光來自于CAB膜中原位生成的碳點(diǎn)。通過將熒光圖案中的熒光碳點(diǎn)萃取出來表征發(fā)現(xiàn),該碳點(diǎn)具有激發(fā)波長依賴性(圖3d),并且其熒光圖案固體熒光也同樣具有激發(fā)波長依賴性(圖2i),因此該熒光圖案的防偽性能得到進(jìn)一步的提高。激光直寫后的纖維素酯膜透明度高(90%左右),并且具有良好的抗紫外線功能。
這項(xiàng)研究工作將碳點(diǎn)的合成工藝和熒光圖案化工藝相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了精確,快速,大面積的具有多重可調(diào)性能的熒光圖案的制備,為制備熒光防偽標(biāo)志提供了新思路。該工作以“Carbon Dots Embedded in Cellulose Film: Programmable, Performance-Tunable, and Large-Scale Subtle Fluorescent Patterning by in Situ Laser Writing” 為題發(fā)表在《ACS Nano》上。文章第一作者是華南師范大學(xué)博士后郭媛媛博士,王耀教授為論文通訊作者。
華南師范大學(xué)周國富教授團(tuán)隊(duì)王耀教授領(lǐng)導(dǎo)的先進(jìn)信息材料(AIM)課題組在光、電、氣體和溫度等響應(yīng)型功能信息和智能傳感材料研究方面取得了一系列重要突破,近三年已在《ACS Nano》、《Advanced Science》、《Advanced Functional Materials》、《Small》、《Journal of Materials Chemistry A》、《ACS Applied Materials & Interfaces》、《ACS Sensors》等國際期刊上發(fā)表20多篇原創(chuàng)性學(xué)術(shù)論文,在功能信息和智能傳感材料領(lǐng)域的學(xué)術(shù)影響力。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、“111計(jì)劃”、廣東省光信息材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省教育廳創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)和廣州市科技計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsnano.1c09999
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