《Advanced Functional Materials》期刊发表张秋禹教授团队新型含炭黑胆甾型液晶弹性体实现多级信息加密与多模式驱动的研究成果

近日，学院张秋禹教授团队在《Advanced Functional Materials》期刊在线发表题为《Carbon Black-Containing Cholesteric Liquid Crystal Elastomers Enabling Multi-Level Information Encryption and Multimode Actuation》的研究论文。该研究通过将炭黑（CB）纳米颗粒引入胆甾型液晶弹性体（CLCEs），成功开发出一种具有明亮结构色和多重功能响应特性的智能材料体系。研究团队采用一步法硫醇-丙烯酸迈克尔加成反应制备了前驱体CLCEs薄膜，并通过溶剂蒸发诱导组装形成精确的螺旋周期结构。所获得的薄膜材料不仅无需黑色背景衬底即可呈现高饱和度的结构色，还展现出优异的光学性能和力学性能。通过光掩模技术调控局部交联密度，实现了在拉伸或加热条件下加密图案的可视化，建立了多级信息加密的新方法。更重要的是，该材料具备卓越的光热响应特性，在近红外光照射下可实现快速升温，从而驱动材料发生多种模式的形变运动，如仿生爬行、旋转、滚动等复杂运动模式，以及仿生花朵的开合凋谢等精细形态变化。这种将信息加密功能与智能驱动能力集成于单一材料体系的策略，为开发新一代软体机器人、智能防伪技术和动态光学显示设备提供了创新思路。

学院2022级博士研究生任晓明为论文的第一作者，张秋禹教授和葛飞杰教授为论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、陕西基础科学（化学、生物学）研究院基础科学研究计划等资助支持。

图1. a) PCLCE₀.₁₆制备过程中储能模量和损耗模量随时间的变化； b) 反应物及PCLCE₀.₁₆的FTIR光谱； c) PCLCE₀.₁₆薄膜厚度与反射波长随机械应变的变化； d) PCLCE₀.₁₆薄膜随拉伸应变的颜色变化； e) 不同应变下PCLCE₀.₁₆薄膜的CIE 1931色度图，箭头表示拉伸方向； f) 初始状态和120%应变下PCLCE₀.₀₄样品的POM图像； g) 初始和120%应变下PCLCE₀.₁₆样品的2D-WAXS图像，白色箭头表示取向方向； h) 不同应变下PCLCE₀.₁₆薄膜的2D-WAXS图谱的方位角散射强度分布； i–k) 不同应变下PCLCE₀.₁₆样品在不同偏振片下的反射光谱

图 2. a) 不同CB含量的PCLCEs薄膜在浇铸不同时间后的光学照片； b) PCLCEs薄膜的反射光谱； c) PCLCEs薄膜反射波长和颜色饱和度的变化； d) PCLCEs样品的断裂应力和应变变化； e) PCLCEs样品的DSC曲线； f) PCLCEs薄膜表面温度随近红外光照射时间的变化（光功率密度：360 mW cm⁻²）； g) PCLCE₀.₁₆薄膜在不同光强下的表面温度变化； h) PCLCEs样品的热重曲线

图3 a) 复杂信息加密制备过程示意图； b) 力诱导和 c) 热诱导的欺骗性防伪效果

图4 近红外光引导的多模式仿生运动（黑线间距：1 mm）：a) 爬行；b) 旋转；c) 滚动

图5 CLCE₀.₁₆条带上的信息加密与刺激驱动集成：a) 平面信息加密；b) 包裹式信息加密

撰稿：任晓明、郑聪

审核：姚东东