二氧化钛只有纯白色？ 深圳大学研究者丰富了它的色彩，并用于加密视觉信息
【背景介绍】
视觉信息加密材料，需要在特定的诱导条件下产生局部光学色彩差异，这些差异以可视化图案、字符等形式出现以传递信息；当在撤离诱导因素后能恢复隐藏状态，以达到隐藏信息的功能。近年来，结构色以其化学稳定、颜色可控以及高分辨率等优点，在视觉信息加密和防伪领域应用广泛。其中，反蛋白石结构是结构色中的一种典型3D有序多层大孔光子晶体结构，通过对其孔径的调控可改变其产生的光子带隙，从而调节光子传播状态。除了自身的结构外，材料内部的光子传播介质也对产生的颜色有所影响。通过使用液体替换空气介质来改变材料平均折射率与散射程度是润湿响应材料系统的常用策略之一，该策略以浸润发色为变色机制，被证实是一种方便有效的途径。然而，现阶段大部分润湿响应的变色材料基于有机体系，其化学或结构稳定性、信息还原度和抗污性能往往难以兼得，加之制备成本高，限制了其实际应用。
二氧化钛作为高性能光催化半导体材料，具有极好的抗污、自清洁性能及化学稳定性，在长效功能化涂层领域备受关注。然而其具有高不透明度、高折射率和高白度的特点，被认为是性能最出色和最稳定的白色颜料之一，因此很难进行改性赋予其特殊光学或颜色特性。近日，深圳大学材料学院陈仕国、王元丰等人成功制备了一种具有反蛋白石结构的二氧化钛（锐钛矿）薄层，赋予其多彩结构色的同时，探索了其在润湿响应下的视觉信息加密应用，并在国际学术期刊ACS Applied Materials & Interfaces 上发表题为Wetting-Enhanced Structural Color for Convenient and Reversible Encryption of Optical Information的研究论文，论文第一作者为19级硕士研究生黄枫婷。
【成果介绍】
该工作提出了一种反蛋白石结构的二氧化钛/七氟癸基三甲氧基硅烷（IOS-T/F）薄层。基于减少光散射和增强有效折射率的独特润湿增强机制，该薄层能够对光学信息进行可逆写入/擦除和加密/解密。在光掩膜下简单地使用可控的紫外照射，可编辑、隐藏和擦除多层信息，揭示或隐藏信息的过程只需要几滴水润湿或蒸发即可。同时，IOS-T/F薄层的功能即使在极端环境下也可以很好地维持，其中包括强酸/碱性环境和大范围温度切换；并且，在多种污染物污染后也可自清洁后重复使用。该反蛋白石结构的光学信息加密系统有加密简单、解密快捷以及存储多层信息等特点，为安全防伪相关应用和智能光学系统提供了一种新的材料设计策略。
【图文解读】
图1 IOS-T/F的加密/解密和擦除/复写的光学照片与机理示意图
图2 反蛋白石二氧化钛的制备
（a）IOS-T/F的制备流程示意图。（b-c）IOS-T/F及其制备模板的光谱表征。（d-f）IOS-T，IOS-T/F 和被紫外照射后的IOS-T/F的电子显微镜照片。
图3 润湿增强机理的相关表征
（a）疏水剂浓度与UV照射时间的亲疏水关系。（b）疏水剂浓度与UV照射时长的浸润示意图。（c）不同IOS-T/F与UV照射时长的光学照片与水接触角。（d-e）IOS-T/F的镜面反射。（f-g）IOS-T/F的漫反射强度。
图4 梯度浸润与多重信息储存
（a）多重信息编译后的IOS-T/F。（b）梯度浸润实现多重信息储存示意图。
【小结】
综上所述，为了方便、可逆地加密光学信息，该研究提出了一种具有润湿增强结构颜色的智能IOS-T/F系统。 根据空气-液-固界面之间光散射的差异，利用有图案的掩模和紫外线照射，只需几滴水即可显示光学信息。更重要的是，即使在极端环境中或被各种污染物污染，该系统也能呈现出色的信息保真度。 此外，该系统还可以实现多种信息的编译和加密存储，在更复杂的安全应用中显示出巨大的潜力。本工作可以扩展智能光学显示材料的设计理念，以期在防伪技术、湿度传感器、智能光学器件等领域得到更广泛的应用。
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