含核壳结构上转换纳米粒子的全息高分子/液晶复合材料

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含上转换纳米粒子的全息高分子/液晶复合材料是一类具有周期性有序结构的高分子复合材料,通过相干激光辐照下的光聚合诱导相分离方法制备得到。由于不仅能够存储全息图像,还具备上转换发光功能,这类高分子复合材料在高端防伪领域具有广阔的应用前景。但它们也还存在上转换发光强度较低、发光图像难以调控的问题。本文合成了具有可控表面性质的核壳结构上转换纳米粒子(UCNP),研究了其对全息高分子/液晶复合材料结构及性能的影响规律,制得了兼具高亮度全息图像和上转换发光图像的全息高分子/液晶/UCNP复合材料。首先,合成了直径为12.8±2.2 nm、上转换发光颜色分别为红、绿、蓝的核壳结构UCNP。采用盐酸(HCl)对UCNP进行表面处理,制得水和油酸共修饰的UCNP。研究发现,油酸和水在UCNP表面的质量比对成功制备全息高分子/液晶/UCNP复合材料非常关键。仅当油酸/水的质量比为2.41~7.65时,UCNP可在单体中均匀分散。当UCNP的添加量为20 wt%时,复合材料兼具高的衍射效率和上转换发光强度。其次,在发光颜色为蓝色的核壳结构UCNP表面包覆了厚度约7 nm的二氧化硅(SiO2),制得带有甲基丙烯酸酯基团的UCNP@SiO2。同时,将异硫氰酸荧光素(FITC)负载在SiO2层中,利用FITC与UCNP之间的F?ster共振能量转移将上转换发光颜色从蓝色调到黄绿色。通过全息光聚合诱导相分离方法制备了全息高分子/液晶/UCNP@SiO2复合材料,发现当UCNP@SiO2的含量为15 wt%时,复合材料可兼具高的衍射效率和上转换发光强度。利用FITC在紫外光下的光漂白性质,在全息高分子复合材料中存储高亮度的全息图像之后,通过光掩模紫外光曝光技术继续存储了发光图像。所存储的全息图像和上转换发光图像分别在可见光和980 nm近红外激光下裸眼可见、无串扰,增强了全息高分子复合材料的防伪安全性。
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