【儀表網 研發快訊】中大新聞網訊(通訊員林銳娜)傳統的光學防偽技術大多依賴于靜態印刷圖像，安全性較低，因此需要開發具有動態調制圖案功能的新型防偽設備。近日，中山大學楊柏儒教授團隊開發出了一種新型熒光電泳顯示(EPD)技術。該團隊通過在傳統的電泳粒子TiO?上復合鈣鈦礦量子點(CsPbBr?)，制備了具備熒光特性的電泳粒子，并進一步研制了一種多功能防偽器件。該器件不僅響應快速、對比度高，而且能夠呈現明亮的綠色熒光，為未來的動態防偽和識別提供了新思路。這項研究成果以題為“Fluorescent, multifunctional anti-counterfeiting, fast response electrophoretic display based on TiO2/CsPbBr3 composite particles”發表在《Light: Science & Applications》期刊上，楊柏儒教授為通訊作者，博士生劉廣友為第一作者。此項研究得到了國家重點研發計劃、科技部項目、廣東省重點地區研發計劃等項目的支持。
 

圖1熒光電泳顯示器的制備及其在多功能防偽器件上的應用
 

　　防偽技術在防止假冒產品和保護機密信息方面至關重要，廣泛應用于產品標簽、護照、機密文件等領域。光學防偽設備具有顯示性能好、使用便捷和響應速度快等優點，但單一功能的防偽技術存在容易被復制且安全性不夠的問題。因此，需開發具備動態顯示功能的防偽設備。電泳顯示器件(EPD)因其低功耗、動態圖像切換和高環境對比度等優勢，成為動態防偽技術的理想選擇。然而，目前商用EPD設備大多僅在可見光條件下工作，顯示性能依賴于光源強度，限制了其在黑暗環境和非可見光條件下的應用。熒光電泳顯示技術則能使EPD在紫外光下正常工作，拓展了傳統EPD在紫外光場景中的應用可能。同時，通過結合反射和發射的雙顯示模式，可以實現多模式的動態防偽應用。
 

　　本研究中，研究團隊創新性地將CsPbBr?復合到TiO?電泳粒子上，制備出一種在環境光下呈白色、在紫外光下呈綠色的熒光電泳粒子。通過與TiO?顆粒的結合，該復合粒子具備高電荷、白度和強熒光效果，能夠在電場作用下實現快速響應驅動。基于該材料，進一步開發出了一種熒光EPD器件，該器件具備350 ms的快速響應時間和17的高對比度。同時，該熒光EPD在電場和紫外光的雙模式驅動，成功實現了器件的多功能防偽顯示。熒光EPD在可見光下可呈現黑白態切換，而在紫外光照下可實現綠色和白色態切換，展現出優異的光學防偽性能。具體的工作內容和創新點如下：
 

圖2. 熒光電泳顯示器件的應用場景以及熒光電泳顆粒的制備示意圖
 

　　熒光電泳顯示器件的應用場景以及熒光電泳顆粒的制備
 

　　目前的電泳顯示器件主要依賴于太陽光、室內燈光以及背光源等可見光工作，這種光源依賴性限制了電泳顯示器件在黑暗環境以及非可見光條件下的應用，如圖 2a 所示。針對這一問題，研究團隊提出可在紫外光下工作的熒光電泳顯示器，結合反射和自發光模式，引入兼顧主動發光顯示和反射式顯示雙模式顯示優勢的熒光電泳粒子，使電泳顯示器能在黑暗環境下正常工作，未來有望在防偽設備中應用。
 

　　本研究將鈣鈦礦量子點復合到電泳粒子TiO2上，并通過接枝聚合等方法制備了在電場下可以驅動的熒光電泳粒子，制備流程如圖2b所示。TiO?顆粒表面富含羥基官能團，利于進一步的表面處理與接枝聚合。首先，將硅烷偶聯劑與TiO?顆粒進行球磨處理，制備得到TiO?-MPS。隨后，將鈣鈦礦量子點前驅體溶液加入到分散了TiO?顆粒的甲苯溶劑中，制備得到負載鈣鈦礦量子點CsPbBr?的TiO?復合粒子(TiO?/CsPbBr?)。最后，使用ABVN作為引發劑，在40℃的低溫條件下，使 TiO?/CsPbBr?顆粒與聚合物單體聚合制備得到熒光電泳粒子TiO?/CsPbBr?-PLMA(TiO/CPB)。
 

圖3.熒光EPD在白、綠、黑三種狀態下的原理圖和照片。比例尺:1厘米
 

　　熒光EPD
 

　　基于熒光電泳粒子，研究團隊制備了熒光電泳顯示器。該器件能夠在電場和紫外光照下實現雙顯示模式，在電場驅動下，器件可實現黑/白色切換；在紫外光驅動下，實現器件白/綠色切換。通過調控電壓和外加紫外光光照，熒光電泳顯示器件能夠在黑、白、綠色態等多顏色切換。這種多模式切換有利于熒光 EPD 在動態防偽器件上的應用，明亮的熒光效果也有利于器件的彩色化驅動。熒光電泳器件兼顧了反射式與自發光的顯示特性，拓展了電泳顯示器件在動態防偽器件上的應用。
 

圖 4. 基于熒光EPD的動態防偽應用
 

　　多功能防偽器件
 

　　研究團隊基于熒光電泳顯示器制備了防偽顯示器件，該防偽器件采用多層結構設計，由頂部和底部ITO層以及帶有圖案化的OCA層組成。通過在數字“8”圖案中的數字“5”區域填充熒光電泳分散液，而在其他區域填充普通電泳分散液，在可見光下，該EPD能夠在30V電壓下實現黑白數字“8”的切換。當白色粒子被驅動到ITO頂層時，可以通過切換紫外光，實現數字“5”圖案的綠色狀態和數字“8”圖案的白色狀態。熒光EPD技術拓展了EPD在動態防偽與多功能顯示上的應用，有效提升了防偽安全性。該動態防偽器件在電場和紫外光照下可以實現其雙模式顯示，未來可以應用于智能防偽器件中。該器件具備快速響應、通過控制電場和紫外光實現防偽設備的隱私可控、智能化、多功能動態顯示等特點，具有相對較高的保密性。未來，該技術有望應用于更多顯示器件領域，通過集成商業化的驅動電路，如無源矩陣(PM)或有源矩陣(AM)，進一步提升其應用廣度和安全性。