一种光响应的全色域可调色的光子墨水及其制备方法和应用

本发明属于光致变色材料，具体涉及一种光响应的全色域可调色的光子墨水及其制备方法和应用。

背景技术：

1、据国际认证协会的统计，全球假冒伪劣产品占据了全球商品总量的7％。在全球范围内，数以百万计的生命正遭受假酒、假药、假奶粉等假冒伪劣产品的威胁。提高防伪水平刻不容缓，发展和研究有效快捷的防伪技术是其关键。其中，下一代防伪技术前沿是发展能实现动态彩色图案的防伪油墨。

2、胆甾相液晶(clcs)具有周期性螺旋结构，且根据布拉格定律选择性地反射与螺旋方向相同的圆偏振光，其反射颜色随螺距变化而变化，并在改变入射光的偏振后显示出颜色对比度的变化。通过将手性光开关结合到向列相液晶中，制备光响应胆甾相液晶体系，是一种行之有效的实现动态颜色变化的解决方案。用于制备光响应胆甾相液晶的手性分子主要包括偶氮苯类、二噻吩乙烯类、乙烯腈类等。它们具有灵活的光场可调制性，可实现对反射光和颜色的调控。

3、但是，偶氮苯类诱导形成的光子墨水往往需要添加额外的手性掺杂剂；且偶氮苯类手性掺杂剂由于其顺式异构体热稳定较差，容易发生热弛豫回复；二噻吩乙烯类手性分子有良好的热稳定性，但由于二噻吩乙烯在光致异构化前后开环和闭环的两种空间结构差异较小，导致他们在光异构化时表现出较低的htp值，反射波段可调性较窄。并且上述物质在光致异构的过程中，只是改变了螺距的绝对值，无法实现htp正负值的切换，即其旋向性并不变化。

4、因此为了解决动态彩色图案的防伪油墨的制备及优化问题，仍然需要寻找合适的光敏手性剂、材料配方及合适的制备方法来得到可见光波段全色域可调色的光响应性变色材料。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种光响应的全色域可调色的光子墨水，利用光源可以改变颜色的变化，从而实现信息的切换和消失。

2、本发明的第二个目的是为了提供一种上述光响应的全色域可调色的光子墨水的制备方法。

3、本发明第三个目的是为了提供一种光响应的全色域可调色的光子墨水的应用。

4、实现本发明的目的之一可以通过采取如下技术方案达到：

5、一种光响应的全色域可调色的光子墨水，包含表面活性剂的水溶液和胆甾相液晶混合物，所述表面活性剂的水溶液和所述胆甾相液晶混合物的体积比为(2-20)：(1-3)；其中，胆甾相液晶混合物包含向列相液晶和质量百分数为0.5％-10％的手性分子马达；表面活性剂的水溶液中包含质量百分数为1％-10％的表面活性剂；

6、所述手性分子马达具有式i所示结构：

7、

8、其中式i中，r1-r7选自氢、苯环、c1-c8烷基链中的一种或两种以上。

9、进一步的，所述向列相液晶为5cb或e7中的一种；所述表面活性剂为聚乙烯醇(pva)和聚乙二醇辛基苯基醚(triton x-100)中的一种。

10、进一步的，所述手性分子马达由化合物5和化合物8通过巴顿-凯洛格反应得到中间体三元硫环后，加入三苯基膦脱硫得到；

11、化合物5具有式ii所示结构；

12、

13、化合物8具有式iii所示结构；

14、

15、其中式ii中r1-r2和式iii中r3-r7选自氢、苯环、c1-c8烷基链中的一种或两种以上。

16、进一步的，所述化合物5通过式iv所示的路线合成：

17、

18、所述化合物8通过式v所示的路线合成：

19、

20、进一步的，所述光响应的全色域可调色的光子墨水的反射波长位于400-700nm。

21、实现本发明的目的之二可以通过采取如下技术方案达到：

22、一种光响应的全色域可调色的光子墨水的制备方法，包括以下步骤：

23、s1、在向列相液晶中加入手性分子马达，溶解混合均匀，得到胆甾相液晶混合物；

24、s2、将表面活性剂与水混合，得到表面活性剂的水溶液；

25、s3、将所述胆甾相液晶混合物和所述表面活性剂的水溶液通过机械乳化法、喷雾法、液滴微流控法或喷墨打印的任一种方法混合，制备得到所述光响应的全色域可调色的光子墨水。

26、进一步的，步骤s1中，溶解混合过程中将向列相液晶和手性分子马达加热至65℃以上，进行充分溶解和混合。

27、进一步的，液滴微流控法中，以胆甾相液晶混合物为内相，以表面活性剂的水溶液为外相，将内相和外相分别用压力注射泵注入到毛细管微流控芯片的对应流道中，流出后得到光响应的全色域可调色的光子墨水。

28、进一步的，外相的体积流速与内相的体积流速之比为(2-20)：(1-3)，其中，胆甾相液晶混合物包含向列相液晶和质量百分数为0.5％-10％的手性分子马达；表面活性剂的水溶液中包含质量百分数为1％-10％的表面活性剂。

29、实现本发明的目的之三可以通过采取如下技术方案达到：

30、上述光响应的全色域可调色的光子墨水在身份识别、信息读取、防伪、紫外监测领域的应用。

31、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

32、1、本发明的一种光响应的全色域可调色的光子墨水，其中含有的手性分子马达具有较高的htp值，因此可以在紫外线照射下诱导旋转实现螺旋扭曲力正负的转换。因此采用紫外光照射光子墨水，在偏光显微镜下光子墨水发生特定的颜色变化，能实现颜色信息的擦除、再现以及颜色可逆可调。

33、2、本发明的一种光响应的全色域可调色的光子墨水的制备方法，通过将胆甾相液晶混合物和含有表面活性剂的水溶液混合成液滴，得到光子墨水，制备得到的光子墨水液滴的体积≤100pl，液滴大小在10-150μm范围内。

34、3、本发明的光响应的全色域可调色的光子墨水可以利用两种不同的光源均可实现信息的切换和消失，因此能够应用于身份识别、信息读取、商品防伪、紫外监测等领域。

技术特征：

1.一种光响应的全色域可调色的光子墨水，其特征在于，包含表面活性剂的水溶液和胆甾相液晶混合物，所述表面活性剂的水溶液和所述胆甾相液晶混合物的体积比为(2-20):(1-3)；其中，胆甾相液晶混合物包含向列相液晶和质量百分数为0.5％-10％的手性分子马达；表面活性剂的水溶液中包含质量百分数为1％-10％的表面活性剂；

2.根据权利要求1所述的一种光响应的全色域可调色的光子墨水，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种光响应的全色域可调色的光子墨水，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的一种光响应的全色域可调色的光子墨水，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的一种光响应的全色域可调色的光子墨水，其特征在于，

6.权利要求1-5任一项所述的光响应的全色域可调色的光子墨水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的光响应的全色域可调色的光子墨水的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的光响应的全色域可调色的光子墨水的制备方法，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的光响应的全色域可调色的光子墨水的制备方法，其特征在于，

10.权利要求1-5任一项所述的光响应的全色域可调色的光子墨水或权利要求6-9任一项所述的光响应的全色域可调色的光子墨水的制备方法制备得到的光响应的全色域可调色的光子墨水在身份识别、信息读取、防伪、紫外监测领域的应用。

技术总结
本发明公开一种光响应的全色域可调色的光子墨水及其制备方法和应用，该光子墨水含有手性分子马达，在紫外线照射下诱导旋转实现螺旋扭曲力由初始的+90μm<supgt;‑1</supgt;(mol％)变为了‑59μm<supgt;‑1</supgt;(mol％)，实现正负的转换；光子墨水液滴反射波长宽，位于400‑700nm；因此采用光照射光子墨水，在偏光显微镜下光子墨水发生特定的颜色变化，实现颜色信息的擦除、再现以及颜色可逆可调。通过将胆甾相液晶混合物和含有表面活性剂的水溶液混合成液滴，制备得到的光子墨水液滴的体积≤100pL，液滴大小在10‑150μm范围内。可以利用不同的光源实现信息的切换和消失，能够应用于身份识别、信息读取、商品防伪、紫外监测领域。

技术研发人员：陈家文,李佳芹,谢淑婷,张洋,水玲玲,刘玉英
受保护的技术使用者：华南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11