應用仿生技術之液晶材料,可望應用於先進安全認證、特殊機能顏料等用途

 

刊登日期:2023/9/11
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日本名古屋大學透過模仿具有高亮度光澤,且可依觀察方向改變顏色之甲蟲外殼、蝴蝶翅膀表面的顯色機制,開發了一項有助於防止偽造之二維條碼(QR Code)製作手法。

名古屋大學成功地製作出直徑小至幾微米(μm)且尺寸分佈均勻、具有螺旋結構的特殊液晶「球狀粒子膽固醇型液晶(Cholesteric Liquid Crystal; CLC)」,並已確認依據粒徑、螺旋節距,可因應隨視角而引起的螺旋節距投影長度變化,僅選擇性地反射特定波長。此外,研究團隊亦已實證利用因非對稱性而無法在鏡像上重合的掌性(Chirality),將可以應用於未使用特殊圓偏光片則無法讀取的QR Code用途。

CLC具有長分子以螺旋方式重疊的層狀構造,近年來由於其分子結構的獨特光學性質而受到矚目。CLC選擇性地反射與螺旋週期相對應的特定波長,短螺旋節距CLC產生藍色與紫色色調,長螺旋節距CLC則產生紅色與橘色色調。此外,隨著視角因間距投影長度不同而形成的顏色變化,藉此即產生如甲蟲體表或蝴蝶翅膀般絢麗且變化多端的色調。為了將CLC應用於各種用途且高精度地控制顏色,名古屋大學認為成形成粒子狀最為有效,因此製作出研究等級之CLC粒子。

然而利用既有手法獲得的CLC粒子直徑約為100μm左右,在許多應用用途方面有粒子過大的問題。有鑑於此,名古屋大學透過溶媒混合之分散聚合的方法,成功製作出直徑僅數μm的微小CLC球狀粒子。由於CLC本身具有柔軟性,因此較難在不損壞樣本的情況下建立對其進行特性評估的方法,但研究團隊發現粒子尺寸對於顯色的結構色有顯著影響,為了因應粒子尺寸的各種發色並確保色調一致,取得具有均一尺寸分佈的單分散CLC球狀粒子即非常重要。此外,名古屋大學也發現以高分子聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane)塗覆於CLC粒子可改善色調與熱穩定性。

另一方面,名古屋大學將開發的CLC與容易取得的顏料相結合,設計了一項難以複製且具有高安全性之QR Code製作手法。此手法利用了CLC的掌性(Chirality)特性,透過掌性CLC與非掌性顏料的結合應用,經過實證確認可以將其設定為只能利用具有與掌性相關偏光特性之特殊圓偏光片進行讀取。透過CLC獨特的光學特性,新技術可望應用於先進安全認證、特殊機能顏料等色彩相關用途。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/230811_qr-code.html
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