[发明专利]一种基于晶态纳米纤维素的圆偏振发光材料、制备方法及其在防伪上的应用

说明书

一种基于晶态纳米纤维素的圆偏振发光材料、制备方法及其在防伪上的应用，属于圆偏振发光材料技术领域。该发光材料是一种复合膜，是通过晶态纳米纤维素和荧光客体复合来获得圆偏振发光。复合膜分为两种，一是内复合膜，通过晶态纳米纤维素与荧光客体共组装形成的膜，其可以实现右旋的圆偏振发光；二是外复合膜，通过晶态纳米纤维素自组装成膜后与荧光客体的外部复合得到，其可以实现左旋和右旋两种手性的圆偏振发光。基于晶态纳米纤维素复合膜产生的圆偏振发光具有较大的g因子，晶态纳米纤维素膜容易图案化，引入手性的圆偏振发光识别，使其有防伪功能，并且防伪能力更加高级，难以造假，技术先进。

技术领域

本发明属于圆偏振发光材料技术领域，具体涉及一种基于晶态纳米纤维素的圆偏振发光材料、制备方法及其在防伪上的应用。

背景技术

圆偏振光一直受到人们的关注，它包含更丰富的光信息，具有高的光学敏感性和光学分辨率等独特的性质，所以它在3D光学显示、圆偏振光信息加密、生物编码、光学数据存储和光学器件等方面具有广泛的应用前景。在自然界中，某些动物利用圆偏振光作为交流的语言来实现性信号传播和领土防御等功能。圆偏振光分为被动型圆偏振光和主动型圆偏振光。也就是说，被动型的圆偏振光是非发射型的，是把非圆偏振光拆分成左或右圆偏振光。主动型的圆偏振光是圆偏振的光致发光，在外场(如光、电、化学等)的刺激下产生不同强度的左右旋圆偏振发射从而展现出手性的圆偏振光。圆偏振光的强度用不对称因子g来表示。

螺旋的双折射层和有序排列的圆二色分子通过共振散射来产生圆偏振光是圆偏振光材料的基础。在实验室中，一种产生圆偏振发光的策略是在发光聚合物中掺杂手性分子，手性分子作为诱导剂使聚合物螺旋定向排列。但是这种策略产生的圆偏振光具有较小的g因子，并且荧光常常会因为聚集诱导猝灭而使荧光量子产率较低。另一种产生圆偏振发光的策略是非手性的荧光基团通过超分子自组装的方式排列成手性螺旋结构，但这种方式产生的圆偏光的g因子也很小。除此之外，镧系配合物也是常见的圆偏振发光材料，手性镧系配合物产生的圆偏振光的g因子一般在0.1-0.4之间，但是镧系配合物有一定的毒性，这极大地限制了其发展和应用。Pollmann et al(Phys.Chem.1976,103,295.)首次提出了通过封装荧光团在手型液晶中来产生圆偏振发光，首次证明手性液晶可以用于圆偏振光材料，但遗憾的是其手性方向不可控制。我们都知道，手性液晶体可以用作圆偏振光的材料，目前手型液晶体对于圆偏振光的调节能力包括手性光的方向，波长的控制和光子禁带的效应还没有被探究过。另外，用廉价且可大规模生产的方法来合理的设计、制备具有较高的g因子、可控波长和手性的圆偏振发光材料目前还是很缺乏的。更重要的是将圆偏振光用于防伪目前还没有被报道。

晶态纳米纤维素是一种可再生的环境友好型物质，它具有独特的光学、电磁和压电性质。它可以通过硫酸水解纤维而得到酸化的晶态纳米纤维素。晶态纳米纤维素是高度结晶的具有高的比表面积的纳米棒，在水溶液中达到一定的临界浓度会自组装成左旋的液晶结构。这种手性自组装的结构在水分挥发干了的时候会保持其结构形成彩虹色的光子晶体膜。这种光子晶体膜具有手性和光子晶体的双重性质，它的特有的性质使晶态纳米纤维素可以用在各向异性选择催化，手性光学材料和生物功能复合材料上。

到目前为止，基于晶态纳米纤维素的手性圆偏振发光的性质还没有被开发过。我们通过晶态纳米纤维素与客体荧光分子复合的方法制备了基于晶态纳米纤维素的圆偏振发光膜，通过晶态纳米纤维素与荧光客体内部复合可以获得右旋的圆偏振发光，通过晶态纳米纤维素与荧光客体外部复合可以获得左旋和右旋两种手性的圆偏振发光。基于晶态纳米纤维素的手性圆偏振光具有较高的g因子，并且这种基于晶态纳米纤维素的圆偏振发光展示了在防伪上面前景的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于晶态纳米纤维素的圆偏振发光材料，本发明的另一目的在于提供这种基于晶态纳米纤维素的圆偏振发光材料在防伪上的应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：