Angew. Chem.:仿生手性光子晶体
自然界五彩缤纷。经过亿万年的进化生物界产生了许多精巧的构筑颜色的方法,结构色就是大自然的杰作。结构色通过光与周期性微结构的散射、干涉、衍射等作用产生,这种周期性结构叫做光子晶体。我们平时看到的鸟类的羽毛、蝴蝶的翅膀以及其他各种昆虫的外壳,他们所产生的颜色大部分是结构色,这些结构色为许多人造光子晶体提供了灵感。这其中有一类结构色尤为独特,大部分金龟子科昆虫(比如国内常见的铜绿丽金龟)可以选择性反射左旋圆偏振光,通过不同圆偏振片下可以看到不同的颜色。研究发现这是因为这些昆虫的外壳由生物纤维螺旋排列形成左旋手性光子晶体结构,因此可以选择性反射左旋圆偏振光。许多研究者致力于模拟这类结构制备功能光学材料。目前,文献报道的制备方法主要分为自组装方法和微加工方法。自组装方法主要依赖于纤维素纳米材料,由于自然界手性的单一性,通过纤维素纳米材料自组装只能得到左旋手性结构光子晶体。而微加工方法需要昂贵的设备,成本高昂。

近日,国家纳米科学中心唐智勇团队提出并展示了一种基于Langmuir-Blodgett(LB)组装制备仿生手性光子晶体的方法并应用于高容量光谱信息加密。
研究者采用可以大规模合成的无机氧化物超细纳米线作为组装单元,首先采用LB组装方法获得取向排列的纳米线薄膜,然后利用层层转移的方法将组装薄膜转移到基片上,通过控制层与层之间的夹角来获得不同手性以及颜色的手性光子晶体薄膜。
得益于对无机手性组装体结构的精确构筑和光学性质的精确调控,研究者提出并展示了利用圆二色光谱加密信息的应用。通过组装结构与光学活性的一一对应关系,将组装结构转换成数字序列信息,有望实现高容量圆二色光谱加密。
相关结果发表在Angewandte Chemie International Edition 上,文章的第一作者是国家纳米科学中心博士后吕家威。
文章来源:国际仿生工程学会