【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院理化技術研究所研究員李明珠課題組和復旦大學教授石磊課題組合作，在新型手性結構色材料研究方面取得進展。該研究發現了基于聚合物材料的微半球具有寬帶可調和多重偏振態可調的手性結構色，解決了傳統手性結構色材料依賴特殊的成分、精細的納米結構和單一的偏振調制等問題，有望在立體顯示、生物傳感、量子通信和信息安全等領域得到應用。
手性結構色材料具有多重光學可調自由度，能夠攜帶高維信息，是大容量信息存儲和加密的理想材料。受自然界生物的啟發，有研究開發出具有增強手性活性、動態手性和可調顏色的人工手性結構色材料，但這些人工手性結構色材料受限于特殊的成分和精密的納米結構。同時，這些材料通常展現出單手性，限制了其調控光的多重偏振態的能力。因此，開發簡單易制備、具有全偏振操縱能力的手性結構色材料頗具挑戰性。
該研究發現，聚合物材料制備的微半球手性結構色材料即微半球，具有偏振依賴的手性光學響應特點，且其不對稱因子達1.998。研究在理論和實驗上證明，微半球的手性光學響應是來源于線偏振光入射時，線偏振光的兩個分量即s分量和p分量之間經過多次全內反射產生π/2的相位差。微半球的結構色和圖案可由簡便、精確、高效的數字打印方法編程定制。同時，研究顯示，微半球具有多重的偏振態和寬帶可調的手性光學響應。研究利用微半球反射光偏振態的非均勻空間分布特點，通過調控入射光的偏振方向，實現了全彩結構色亮度的連續精確調控。微半球的色調和亮度對其形態和入射偏振方向非常敏感，因此可以通過設計微半球的排列和入射光的偏振角來編碼不同信息。
進一步，該研究模仿基于虹膜的身份識別系統，提出了將微半球與隱形眼鏡集成來實現新型身份認證的策略。研究通過設計同心圓弧的數量、形貌、取向、顏色和偏振，實現了五重加密功能。當同心圓弧的數量、形貌、取向、顏色和偏振都是4種類型的情況下，即可實現232種編碼容量。這表明，將微半球集成到隱形眼鏡中，可以為提升個人身份信息安全開辟新途徑，并可能通過整合不同的光學元件來實現人機交互。
上述研究發現并證明了微半球的手性結構色。這一微半球作為一種光學編碼，具備顏色、偏振、圖案等多個自由度，具有擴大存儲容量和提高信息安全性的優點，在顯示、信息存儲、數據安全等方面具有應用潛力。
相關研究成果發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃和中國科學院相關項目等的支持。
微半球手性結構色材料的光學特征
微半球手性結構色材料與隱形眼鏡集成用于身份認證
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