二氧化鈦只有純白色？ 深圳大學研究者豐富了它的色彩，并用于加密視覺信息
【背景介紹】
視覺信息加密材料，需要在特定的誘導條件下產生局部光學色彩差異，這些差異以可視化圖案、字符等形式出現以傳遞信息；當在撤離誘導因素后能恢復隱藏狀態，以達到隱藏信息的功能。近年來，結構色以其化學穩定、顏色可控以及高分辨率等優點，在視覺信息加密和防偽領域應用廣泛。其中，反蛋白石結構是結構色中的一種典型3D有序多層大孔光子晶體結構，通過對其孔徑的調控可改變其產生的光子帶隙，從而調節光子傳播狀態。除了自身的結構外，材料內部的光子傳播介質也對產生的顏色有所影響。通過使用液體替換空氣介質來改變材料平均折射率與散射程度是潤濕響應材料系統的常用策略之一，該策略以浸潤發色為變色機制，被證實是一種方便有效的途徑。然而，現階段大部分潤濕響應的變色材料基于有機體系，其化學或結構穩定性、信息還原度和抗污性能往往難以兼得，加之制備成本高，限制了其實際應用。
二氧化鈦作為高性能光催化半導體材料，具有極好的抗污、自清潔性能及化學穩定性，在長效功能化涂層領域備受關注。然而其具有高不透明度、高折射率和高白度的特點，被認為是性能最出色和最穩定的白色顏料之一，因此很難進行改性賦予其特殊光學或顏色特性。近日，深圳大學材料學院陳仕國、王元豐等人成功制備了一種具有反蛋白石結構的二氧化鈦（銳鈦礦）薄層，賦予其多彩結構色的同時，探索了其在潤濕響應下的視覺信息加密應用，并在國際學術期刊ACS Applied Materials & Interfaces 上發表題為Wetting-Enhanced Structural Color for Convenient and Reversible Encryption of Optical Information的研究論文，論文第一作者為19級碩士研究生黃楓婷。
【成果介紹】
該工作提出了一種反蛋白石結構的二氧化鈦/七氟癸基三甲氧基硅烷（IOS-T/F）薄層。基于減少光散射和增強有效折射率的獨特潤濕增強機制，該薄層能夠對光學信息進行可逆寫入/擦除和加密/解密。在光掩膜下簡單地使用可控的紫外照射，可編輯、隱藏和擦除多層信息，揭示或隱藏信息的過程只需要幾滴水潤濕或蒸發即可。同時，IOS-T/F薄層的功能即使在極端環境下也可以很好地維持，其中包括強酸/堿性環境和大范圍溫度切換；并且，在多種污染物污染后也可自清潔后重復使用。該反蛋白石結構的光學信息加密系統有加密簡單、解密快捷以及存儲多層信息等特點，為安全防偽相關應用和智能光學系統提供了一種新的材料設計策略。?
【圖文解讀】
圖1?IOS-T/F的加密/解密和擦除/復寫的光學照片與機理示意圖
圖2?反蛋白石二氧化鈦的制備
（a）IOS-T/F的制備流程示意圖。（b-c）IOS-T/F及其制備模板的光譜表征。（d-f）IOS-T，IOS-T/F?和被紫外照射后的IOS-T/F的電子顯微鏡照片。
圖3?潤濕增強機理的相關表征
（a）疏水劑濃度與UV照射時間的親疏水關系。（b）疏水劑濃度與UV照射時長的浸潤示意圖。（c）不同IOS-T/F與UV照射時長的光學照片與水接觸角。（d-e）IOS-T/F的鏡面反射。（f-g）IOS-T/F的漫反射強度。
圖4?梯度浸潤與多重信息儲存
（a）多重信息編譯后的IOS-T/F。（b）梯度浸潤實現多重信息儲存示意圖。
【小結】
綜上所述，為了方便、可逆地加密光學信息，該研究提出了一種具有潤濕增強結構顏色的智能IOS-T/F系統。 根據空氣-液-固界面之間光散射的差異，利用有圖案的掩模和紫外線照射，只需幾滴水即可顯示光學信息。更重要的是，即使在極端環境中或被各種污染物污染，該系統也能呈現出色的信息保真度。 此外，該系統還可以實現多種信息的編譯和加密存儲，在更復雜的安全應用中顯示出巨大的潛力。本工作可以擴展智能光學顯示材料的設計理念，以期在防偽技術、濕度傳感器、智能光學器件等領域得到更廣泛的應用。 ??
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