微/纳光子学条形码因其具有小尺寸且易于识别的特点，而被广泛应用到智能跟踪、数据存储以及高级防伪等领域。微/纳多色异质结构可以在光激发下呈现空间分辨的发光图案，由于其主动发光与多模块信息元素集成属性，对于发展新型光子学条形码以及信息存储与安全器件具有非常重要的意义。然而目前的微纳发光异质结主要是基于静态的发射图案，信息容易被窃取与仿制，从而限制了其作为高级安全标签的应用。因此发展一种具有智能响应属性的多色微纳异质结构对于高级防伪标签的构筑具有重要意义。
近日，齐鲁工业大学（山东省科学院）材料学部微纳光功能材料团队针对微纳发光异质结构无法动态调控这一核心问题，创新性提出利用分子构象微小改变驱动的智能响应微纳异质结构的有效方法，从而为构筑具有高编码容量与高安全性能的光子学条形码安全标签提供了解决思路。
研究人员通过热刺激调控金属-有机框架结构中有机配体中分子构象变化，进而动态调控了有机配体与金属离子之间的能量转移过程，从而对微纳结构的发光颜色进行了有效控制。研究人员进一步利用同晶异质外延组装策略与协同温敏响应技术精准可控制备了一维多色响应异质结构。微纳异质结中不同异质区域展现出的独特结构特征以及锐利发射峰的光谱特征构成了微纳异质结构的指纹信息。对此指纹信息进行数字化编码，从而更自动、方便地识别该微纳结构。
图1. 分子构象驱动的发光响应机制
图2. 智能响应微纳异质结构可控制备及其防伪应用
进一步控制微纳结构不同晶向的生长速率，实现了从一维结构向二维结构的转变，从而有效构筑了智能响应的二维异质结构。基于二维响应异质结构的光子条形码进一步提升了安全性能与编码容量，作为高级安全防伪标签在防伪领域显示了巨大的应用潜力。本工作将在分子水平上对有机异质结构中的发光调控机制的深入理解以及柔性纳米光子学材料的理性设计提供了新思路。
近日，上述研究成果以“构象驱动的智能响应的一维/二维微纳发光异质结构”（Conformation-Driven Responsive 1D and 2D Lanthanide-Metal-Organic Framework Heterostructures for High-Security Photonic Barcodes）为题，发表在国际权威期刊《Small》上。
齐鲁工业大学（山东省科学院）材料科学与工程学部硕士研究生杨硕为文章第一作者，材料学部高振华教授为文章的通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省泰山学者青年专家计划等项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202402890