许建雄教授课题组《Reactive and Functional Polymers》：给基于聚苯乙烯封装的NaYF4:Ln3+复合微球自组装的双模光学编码上转换发光光子晶体薄膜
假冒伪劣是一个长期的全球性问题，对消费者、企业和国家都构成了重大威胁。在这方面，许多光学信息存储材料包括有机发光染料、半导体量子点、碳点（CD）、发光金属有机框架、MXene和镧系元素（Ln）掺杂的上转换纳米粒子（UCNP）、镧系元素掺杂的下转换材料等。其中UCNP具有高光化学稳定性、完美的生物相容性和显著的抗斯托克斯位移和可调的发射曲线，被认为是构建荧光代码的有前途的候选者。然而，基于UCNPs的复合材料主要通过纺丝、滴落或自组装工艺制备，无法实现UCNPs与胶体聚合物球体的稳定结合。针对这一问题，湖南工业大学生命科学与化学学院许建雄教授课题组通过垂直沉积聚苯乙烯封装的NaYF4:Ln3+（CSNPs@SiO2/PS）复合微球，制备了具有可调发光和结构色的新型上转换光子晶体（UCPC）薄膜。利用顺序涂层技术合成了具有控制直径、组成和良好定义结构的CSNPs@SiO2/PS复合微球。提出了一种基于UCPC薄膜的双模式（结构色和上转换荧光）防伪代码，用于构建高安全性的信息存储方法。相关成果“Photonic crystal films with upconversion luminescence based on the self-assembly of polystyrene encapsulated NaYF4:Ln3+ composite microspheres for dual-mode optical code”发表在2022年4月的Reactive and Functional Polymers《反应性和功能性聚合物》期刊上。论文通讯作者是谭海湖副教授，第一作者是许建雄教授。
通过两步热分解法合成了NaYF4:Ln3+@NaYF4核-壳结构的上转换发光纳米粒子（CSNPs），这些粒子作为发光中心。在CSNPs表面包覆二氧化硅（SiO2）层，形成具有悬挂双键的CSNPs@SiO2-MPS，然后通过乳液聚合法在CSNPs@SiO2-MPS的存在下聚合苯乙烯，形成聚苯乙烯封装的复合微球（CSNPs@SiO2/PS）。通过垂直沉积法将合成的CSNPs@SiO2/PS复合微球自组装成UCPC薄膜，这些薄膜具有可调的上转换荧光和结构色。对UCPC薄膜的反射光谱和上转换发光光谱进行了表征，以验证其光学性能。
基于CSNPs@SiO2/PS复合微球合成UCPC膜构建双模防伪码示意图。
本工作利用UCPC薄膜的双模式光学特性（结构色和上转换荧光），构建了具有高编码容量的双模式防伪码，这些防伪码可以用于信息存储和安全。定义了一套编码规则，将信息加密成UCPC薄膜阵列，然后通过结构色和荧光色的信息来解码，从而实现了信息的安全存储和验证。总结了通过垂直沉积法制备的UCPC薄膜在构建双模式防伪码方面的潜力，并指出了其在信息存储和安全领域的应用前景。整个研究思路体现了从识别问题、设计材料、合成制备、性能验证到实际应用的完整流程，展示了在材料科学和光学防伪技术领域的创新思路。
该工作得到了国家自然科学基金（51874129）、中国博士后科学基金（2021M693549）、湖南省自然科学基金（2021JJ40178和2021JJ40179）、湖南省教育厅科研基金（19B153、20B169和20B181）的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2022.105224
