微/納光子學條形碼因其具有小尺寸且易于識別的特點，而被廣泛應用到智能跟蹤、數(shù)據(jù)存儲以及高級防偽等領(lǐng)域。微/納多色異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以在光激發(fā)下呈現(xiàn)空間分辨的發(fā)光圖案，由于其主動發(fā)光與多模塊信息元素集成屬性，對于發(fā)展新型光子學條形碼以及信息存儲與安全器件具有非常重要的意義。然而目前的微納發(fā)光異質(zhì)結(jié)主要是基于靜態(tài)的發(fā)射圖案，信息容易被竊取與仿制，從而限制了其作為高級安全標簽的應用。因此發(fā)展一種具有智能響應屬性的多色微納異質(zhì)結(jié)構(gòu)對于高級防偽標簽的構(gòu)筑具有重要意義。

近日，齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）材料學部微納光功能材料團隊針對微納發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)無法動態(tài)調(diào)控這一核心問題，創(chuàng)新性提出利用分子構(gòu)象微小改變驅(qū)動的智能響應微納異質(zhì)結(jié)構(gòu)的有效方法，從而為構(gòu)筑具有高編碼容量與高安全性能的光子學條形碼安全標簽提供了解決思路。

研究人員通過熱刺激調(diào)控金屬-有機框架結(jié)構(gòu)中有機配體中分子構(gòu)象變化，進而動態(tài)調(diào)控了有機配體與金屬離子之間的能量轉(zhuǎn)移過程，從而對微納結(jié)構(gòu)的發(fā)光顏色進行了有效控制。研究人員進一步利用同晶異質(zhì)外延組裝策略與協(xié)同溫敏響應技術(shù)精準可控制備了一維多色響應異質(zhì)結(jié)構(gòu)。微納異質(zhì)結(jié)中不同異質(zhì)區(qū)域展現(xiàn)出的獨特結(jié)構(gòu)特征以及銳利發(fā)射峰的光譜特征構(gòu)成了微納異質(zhì)結(jié)構(gòu)的指紋信息。對此指紋信息進行數(shù)字化編碼，從而更自動、方便地識別該微納結(jié)構(gòu)。

圖1. 分子構(gòu)象驅(qū)動的發(fā)光響應機制

圖2. 智能響應微納異質(zhì)結(jié)構(gòu)可控制備及其防偽應用

進一步控制微納結(jié)構(gòu)不同晶向的生長速率，實現(xiàn)了從一維結(jié)構(gòu)向二維結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，從而有效構(gòu)筑了智能響應的二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)。基于二維響應異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光子條形碼進一步提升了安全性能與編碼容量，作為高級安全防偽標簽在防偽領(lǐng)域顯示了巨大的應用潛力。本工作將在分子水平上對有機異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的發(fā)光調(diào)控機制的深入理解以及柔性納米光子學材料的理性設計提供了新思路。

近日，上述研究成果以“構(gòu)象驅(qū)動的智能響應的一維/二維微納發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)”（Conformation-Driven Responsive 1D and 2D Lanthanide-Metal-Organic Framework Heterostructures for High-Security Photonic Barcodes）為題，發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Small》上。

齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）材料科學與工程學部碩士研究生楊碩為文章第一作者，材料學部高振華教授為文章的通訊作者。本研究得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金、山東省泰山學者青年專家計劃等項目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202402890