近日，江南大学陈坤林副教授在Matter期刊上发表了一篇题为“Environmentally Responsive Dual-Compartment Microcapsules with Full Spectrum Color-Changing Performance for Anti-Counterfeiting Applications”的研究成果。该研究报道了一种可多重刺激动态变色双室微胶囊，该微胶囊能够在紫外光和温度变化的双重刺激下，表现出丰富的颜色变化，并具有稳定且可逆的特性。其主要应用于防伪标签和信息加密等领域，展示了其在提升安全性和防伪能力方面的潜力。论文通讯作者是陈坤林副教授，第一作者是硕士生徐嫦悦。
防伪技术在现代社会中具有重要的应用价值，尤其在高价值商品、重要文件、身份认证和信息保护等领域，防伪技术的有效性直接关系到经济安全和社会秩序。传统的防伪技术，例如水印、激光雕刻、二维码、条形码等，虽然在一定程度上取得了防伪效果，但随着技术的发展，伪造手段不断升级，这些传统技术的防伪能力逐渐暴露出局限性。尤其是那些基于单一刺激响应的防伪技术，容易被不法分子通过简单的复制或模仿手段破解。此外，随着伪造技术的不断发展，传统防伪材料的颜色变化也容易被复制，导致防伪特征的丧失。伪造者可以通过复制颜色变化的模式或图案，使得防伪效果大打折扣。为了提升防伪的安全性，防伪技术的发展逐渐朝着多重刺激响应方向推进，试图通过多种外部环境变化的相互作用及复杂色彩变化来增强防伪效果。
图1：双室微胶囊制备示意图。
受到自然界生物能够根据环境变化调整自身颜色，达到伪装、交流目的，作者首先制备了热致变色微胶囊TCM和光致变色纳米胶囊PCN，再通过静电吸附和键合作用将PCN固定在TCM表面，形成了双室复合微胶囊DCM。通过控制PCN在TCM表面上的吸附比例，能够控制微胶囊的结构和颜色，实现颜色的可调控性。此外，研究还表明，通过改变染料的种类和含量，DCM能够在紫外线照射或加热刺激下呈现全色域的色谱变化，具有很高的调控精度和应用潜力。
图2：双室微胶囊的结构及变色性能。
图3：变色行为及显色机理。
为了证明DCM在防伪和加密领域的潜在应用，作者用这些微胶囊制作了条形码标签。不同的刺激路径使得条形码在不同条件下呈现动态防伪效果，提高了防伪的安全性。在信息加密方面，通过特定条件刺激出现可识别的二维码，并进行信息读取，随后通过加热快速抹除信息，并呈现初始状态。
图4：条形码防伪应用。
图5：二维码信息加密应用。
本研究提出的基于双室复合微胶囊的动态变色技术，不仅为防伪技术的发展提供了新的思路，还为信息加密和智能材料领域开辟了广泛的应用前景。通过目前的设计，实现了全色域色谱的动态调控。进一步调节微胶囊表面的纳米胶囊数量和分布，从而进一步扩展颜色的动态调控变化。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.11.019
编辑 | 何晴
排版 | 胡妙妙
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