英文原题：Cholesteric liquid crystal polymer grids enabling facile fabrication of structural color-enhanced electrochromic devices for advanced security encryption with multi-mode display effects

第一作者：俞朱敏（21级研究生）、王金（23级研究生）

通讯作者：李琳副教授、叶常青教授

作者：俞朱敏、王金、李琳、郭志毅、刘尚杰、丁亦磊、吴梦悦、叶常青

         在能源危机与信息安全需求的双重驱动下，低功耗、高安全的光电技术成为研究热点。电致变色（EC）器件因其可逆光学调控能力，在智能显示、加密防伪等领域潜力巨大，但传统器件色彩单一、制造复杂且光学性能不足，限制了其实际应用。课题组创新性地开发了一种基于胆固醇液晶（CLC）聚合物网格的结构色增强电致变色器件。该器件通过光掩模辅助聚合技术，将CLC网格层集成到黑色电致变色聚合物（ECP-Black）基器件中，实现了电控结构色显隐、角度依赖和偏振依赖的多模式显示，为高安全信息加密提供了全新平台。相关成果发表于国际顶级期刊《Chemical Engineering Journal》上。

        课题组采用反应性介晶（如RM82）和手性掺杂剂（LC756），通过紫外光聚合制备CLC聚合物薄膜。为克服CLC层高电阻导致的离子传导难题，团队创新性地利用光掩模技术，在聚合过程中形成网格状图案，确保离子通道畅通。CLC的螺旋结构赋予其选择性反射特性，通过调节手性掺杂剂浓度，可精确调控结构色覆盖全可见光谱（如蓝、绿、红色）。

        该器件的核心在于ECP-Black层的电控背景切换：施加负电压（-3.6 V）时，ECP-Black呈黑色背景，CLC结构色清晰显现；施加正电压（+3.6 V）时，ECP-Black褪为无色背景，结构色隐没。这一机制显著提升了光学对比度。实验表明，绿色结构色器件的响应时间仅1.2 s（着色）/1.0 s（褪色），光学调制幅度达26.2%，且循环100次后性能保持96%以上。

        更引人注目的是，CLC的固有特性为器件带来多维光学响应。结构色随视角变化而动态调整：例如，绿色器件在0°视角呈绿松石色，30°变为深青色，60°转为普鲁士蓝。同时，CLC的圆偏振选择性（如右手性CLC仅反射右旋圆偏振光）进一步增强了显示多样性——通过圆偏振滤光片，可实现图案的显隐控制。

         制造工艺的简易性是另一大突破。团队采用丝网印刷、喷涂和旋涂等方法，一步法制备图案化器件。例如，通过定制掩模，可快速生成QR码、雪花或枫叶等多色图案。这些图案在电控、偏振和背景切换下展现丰富显示模式，适用于动态防伪标签。

         在信息加密应用中，该器件展现出卓越潜力。团队演示了多参数认证系统：电压控制图案显隐、圆偏振滤光片实现选择性显示、视角变化带来动态色彩切换。例如，一个集成“猫”“兔”“天鹅”图案的器件，通过背景切换（黑/白）和偏振片组合，可呈现四种独立信息模式，为高端防伪和加密通信提供了新范式。

        这项工作不仅简化了结构色电致变色器件的制造流程（溶液加工与低温成膜），还构建了一个集电致变色、结构色、角度与偏振响应于一体的多功能平台。其低成本、大面积制备特性，特别适用于智能显示、可穿戴设备和军事加密领域。未来，团队计划通过多层CLC堆叠扩展全色域，进一步提升器件的自适应光学性能。

Cholesteric liquid crystal polymer grids enabling facile fabrication of structural color-enhanced electrochromic devices for advanced security encryption with multi-mode display effects

Zhumin Yu , Jin Wang , Lin Li , Zhiyi Guo , Shangjie Liu , Yilei Ding , Mengyue Wu , Changqing Ye

Chem. Eng. J. 2025, 521: 166731.

Published Online: 5 August 2025

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725075692?via%3Dihub