By 
Вчені розробили метод створення унікальних антипідробних QR-кодів за допомогою сферичних холестеричних рідких кристалів (CLC) мікрометрового розміру, прокладаючи шлях для більш безпечних, невідтворюваних QR-кодів.
Революційна боротьба з підробкою: QR-коди на основі холестеричних рідких кристалів
Дослідницька група під керівництвом доктора Цзялея Хе з Вищої школи інженерії Університету Нагоя розробила метод обробки холестеричних рідких кристалів (ХРК) у сферичні частинки мікрометрового розміру. CLC, які демонструють спіральну структуру, мають унікальні оптичні властивості, і вони можуть вибірково відбивати світло. Команда об’єднала сферичні частинки CLC із легкодоступними пігментами, щоб розробити антипідробний QR-код, який видно лише під певним круговим поляризатором. Результати дослідження були опубліковані 9 липня в журналі Advanced Optical Materials.
Використання сили природи в інженерії
Холестеричні рідкі кристали служать прикладом того, як ми можемо черпати натхнення з природи для інженерних цілей. Райдужні крила метеликів або глянсове покриття на екзоскелетах жуків є прикладами надзвичайних явищ, які можуть створювати CLC. Після ідентифікації CLC, які імітують одиниці, що генерують кольори екзоскелетів жуків, синтезуються в лабораторії через їхні незвичайні кольори та властивості, які знаходяться між рідинами та кристалами.
Оптичні властивості холестеричних рідких кристалів
Оптичні властивості CLC є особливо корисними. Їх унікальна молекулярна структура та оптичні властивості дозволяють вибірково відбивати світло на певних довжинах хвиль, що призводить до незвичайних кольорів. CLC складаються з довгих молекул, які повторюються у формі спіралі. У цій спіралі вертикальна відстань, на якій одна область завершує повний цикл і починає повторюватися, відома як «крок». Якщо спіраль має повторювані одиниці, розташовані близько одна до одної, рідкий кристал має короткий крок і відбиває світло з меншою довжиною хвилі, випромінюючи синій і фіолетовий кольори. Однак ті, у кого більший вертикальний простір, мають більшу довжину хвилі, що призводить до червоного або оранжевого кольорів.
Крім того, завдяки спіральному розташуванню молекул у кристалі колір, який сприймається, може змінюватися залежно від орієнтації глядача на спіраль, пропонуючи майже нескінченну палітру кольорів.
Створення сферичних частинок CLC
Щоб ефективніше використовувати CLC, дослідники виробляють сферичні частинки CLC. Ці частинки інкапсулюють спіраль у тривимірну матрицю, що дає вченим кращий контроль над їх забарвленням. Однак розмір створює серйозну проблему. Існуючі методи створюють 100-мікрометрові сферичні частинки CLC, які занадто великі для більшості застосувань. Щоб вирішити цю проблему, дослідники Jialei He і Yukikazu Takeoka з Університету Нагоя разом зі своїми колегами використовували суміш розчинників для створення сферичних CLC частинок мікрометрового розміру за допомогою техніки, відомої як дисперсійна полімеризація.
Знайти цю нову техніку було складно через м’яку природу зразків при кімнатній температурі. «Випробування зразків було особливо складним періодом через м’якість зразків при кімнатній температурі, що є властивістю CLC», — сказав д-р Хе. «Отже, знадобилося докласти значних зусиль, щоб знайти відповідний метод для характеристики зразків без заподіяння будь-якої шкоди».
Створення монодисперсних сфер
Оскільки крок холестеричного рідкого кристала у сферичних частинках CLC змінюється залежно від кривизни частинок, команда зосередилася на виробництві частинок однакового розміру, також відомих як монодисперсні сфери.
«Під час експерименту ми несподівано виявили, що розмір частинок мікросфер суттєво впливає на отриманий структурний колір. Ми могли б виробляти різні кольори залежно від розміру частинок», – сказав доктор Хе. «Ми також виявили, що покриття сферичних частинок CLC полімерним полідиметилсилоксаном покращує колір і термічну стабільність».
Застосування для боротьби з підробками та майбутні перспективи
Ключовим потенційним застосуванням для цього дослідження є створення більш безпечних, невідтворюваних QR-кодів. Використовуючи хіральність CLC — асиметричну властивість, яка запобігає накладенню об’єкта чи молекули на його дзеркальне відображення — дослідники можуть створити антипідробні QR-коди. Ці коди поєднували б колір сферичних частинок CLC з нехіральними комерційно доступними пігментами, і їх можна було б зчитувати лише за допомогою спеціального кругового поляризатора, який пропускає нехіральне світло, але блокує хіральне світло QR-коду.
«Розробка сферичних частинок CLC в результаті цього дослідження забезпечить нові можливості для недорогих структурних колірних функцій, відмінних від функцій звичайних кольорових матеріалів», — сказав д-р Такеока. «Крім того, що він використовується як спеціальний функціональний пігмент для захисту від підробок, він також може бути використаний для інших застосувань, які використовують переваги кругової поляризації структурного кольору з невеликою залежністю від кута». Джерело
Comments