图1热致变色微胶囊(Thermochromic microcapsules,TCMs)的形貌、结构和热稳定性
(A) TCMs的光学显微镜图像；(B) TCMs的扫描电镜(SEM)图像；(C) TCMs的透射电镜(TEM)图像；(D)动态光散射(DLS)分析的粒径分布；(E和F)热重分析(TGA)和导数热重(DTG)曲线显示含热致变色颜料的TCMs和对照样品的热分解特性。
(A) PCNs的SEM图像；(B)放大的SEM图像；(C) PCNs的TEM图像；(D) DLS分析的粒径分布；(E和F) TGA和DTG显示光致变色染料的热分解特性。
(A) TCMs在5°C到40°C之间的热致变色过程；(B) TCMs的反射光谱随温度变化的情况；(C) TCMs在不同温度下的CIE 1931色度图；(D) PCNs在UV光和可见光下的变色图像；(E) PCNs的反射光谱；(F) PCNs在不同光照条件下的CIE 1931色度图；(G和H) SPNO2和DBTE的化学结构及变色特性；(I) TCMs和PCNs在重复循环刺激下的热疲劳和光疲劳特性。
(A)不同比例PCNs的双腔室微胶囊的结构示意图和形貌；(B) DCMs的SEM图像；(C)水相分散液中的DCMs随PCNs含量变化的颜色；(D)不同刺激下的水相分散液变色；(E) DCMs在不同刺激下的反射光谱；(F) DCMs在CIE 1931色度图中的分布。
图5使用TCMs、PCNs和DCMs制作的印刷棉布的变色行为
(A)基于TCMs的棉布变色行为；(B)基于PCNs的棉布在UV照射下的变色行为；(C)基于DCMs的树蛙图案在多种刺激下的变色；(D)模式颜色生成机制示意图；(E)基于DCMs的葡萄图案在多种刺激下的季节颜色变化；(F) DCMs印刷棉布的反射光谱；(G) CIE 1931色度图中的DCMs印刷布色彩分布；(H)印刷图案在重复循环刺激下的热疲劳和光疲劳特性。
图6微胶囊在条形码防伪领域的应用
(A)条形码防伪应用示意图；(B)不同DCMs的条形码动态变色示意；(C)基于DCMs的印刷条形码在不同刺激下的防伪性能。
图7双腔室微胶囊在动态二维码信息加密中的应用
用DCMs打印的纸质二维码在双重刺激下显示加密信息的照片示例。
本研究通过将热致变色微胶囊（TCMs）与光致变色纳米胶囊（PCNs）相结合，成功制备了具备多信号响应的环境刺激响应型双腔室微胶囊（DCMs）。这些复合微胶囊通过正电荷纳米胶囊与负电荷微胶囊表面之间的静电吸附和化学键合作用制备而成。在紫外光和温度刺激下，复合微胶囊覆盖了整个色彩空间，并通过调控纳米胶囊的数量，实现了蓝、绿、黄等多种颜色的精确控制。此外，这些全色谱变色的复合微胶囊成功用于丝网印刷技术，将其作为墨水印刷到棉布上。所得图案能够在紫外光、热以及pH值刺激下动态变色，同时还能产生荧光效果。测试表明，这些图案的防伪特性具有动态变化的能力，从而显著提升了安全设计的水平。因此，本文所开发的多语言动态响应型变色微胶囊展现出在防伪与加密应用中的巨大潜力，为下一代高安全性防伪标签及信息加密提供了创新策略。
论文信息: Xu C, Shi X, Guo Y, et al.Environmentally responsive dual-compartment microcapsules with full spectrum color-changing performance for anti-counterfeiting applications. Matter, 2024. https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.11.019
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