色彩鲜艳且永不褪色的结构色材料在传感器、防伪等领域具有诱人的应用前景。其中引起非彩虹色彩的无序光学结构由于具有物理不可克隆的优势有利于推动防伪技术的革命性进步。本论文通过引入遇水变透明中间层构建遇水显色的多模式防伪标签,并借助人工智能对无序光学结构中微球的随机排列进行识别,发展了基于结构色的物理不可克隆型防伪标签。进一步,通过在无序光学结构中引入智能聚合物网络,发展了应力、温度双重响应的自修复结构色纳米复合薄膜,特殊的结构色随外界刺激的变化将推动结构色材料在显示、防伪等领域的实际应用。本论文发展的物理不可克隆先进结构色防伪技术将为目前的防伪技术添加一个新的维度。具体研究内容如下:1、依靠人工智能进行识别的物理不可克隆结构色防伪标签通过在无序光学结构涂层和黑色背景涂层之间引入遇水变透明涂层,本论文设计和发展了一种利用人工智能(Al)进行识别的具有物理不可克隆属性的多模式结构防伪标签。无序光学结构特殊的随机结构和光学特性赋予了此防伪标签三重安全模式。隐藏的无序光学结构图案可以遇水显示结构色,仅仅凭借肉眼就可辨别,无需任何设备;相应地,防伪标签在干态和湿态时约有30 nm的反射光谱移动,这可以通过便携式光谱仪辨别,此为结构色材料的特有属性;而且,无序光学结构中胶体颗粒的随机排列引起了物理不可克隆功能,其可以通过AI进行识别。本部分研究发展的新型基于无序光学结构的防伪技术与传统的光子晶体标签相比,在物理不可克隆功能上具有明显优势,而与其他具有随机结构的标签相比,又具有便携的显色防伪模式和更环保的属性。此先进的防伪技术填补了验证的便携性与终极安全之间的鸿沟,因此在机密文件、货币、药品或其它昂贵商品的防伪方面具有非常重要意义。2、具有自修复性能的机械、温度双重响应性结构色纳米复合薄膜利用温敏型响应聚合物单体异丙基丙烯酰胺(NIPAm)与聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)(P(St-MMA-AA))乳胶球共组装制备了应力、温度双重响应结构色纳米复合薄膜。借助聚异丙基丙烯酰胺在高温下的相转变引起的水凝胶体积的收缩,实现微观上对无序结构中胶体微球排列和宏观上纳米复合薄膜结构色的有效调控。物理交联剂纳米黏土的引入,一方面提高了水凝胶的机械性能,使结构色水凝胶表现出优良的拉伸性能及应力变色现象;另一方面,物理交联的可逆性赋予了水凝胶自修复性质。本部分工作发展的具有应力、温度双重响应自修复结构色水凝胶在显示、防伪等领域具有重要的应用前景。