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  具有多重可調(diào)功能的熒光圖案在信息加密、存儲(chǔ)和防偽等方面具有重要意義。然而以往熒光圖案的制備主要包含熒光物質(zhì)合成和圖案化工藝兩個(gè)步驟，存在材料合成復(fù)雜、制備工藝繁復(fù)等問題。開發(fā)一種基于無毒材料且具有可調(diào)諧多重功能的高效原位熒光圖案化工藝在熒光防偽領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。

圖1 具有可調(diào)熒光強(qiáng)度和表面微結(jié)構(gòu)的熒光圖案

  近期，華南師范大學(xué)華南先進(jìn)光電子研究院周國(guó)富教授團(tuán)隊(duì)王耀教授課題組利用激光直寫技術(shù)在纖維素酯（醋酸丁酸纖維素）膜表面原位制備了基于碳點(diǎn)的熒光圖案。通過調(diào)節(jié)激光直寫參數(shù)實(shí)現(xiàn)了表面微結(jié)構(gòu)和熒光性能均可調(diào)節(jié)的熒光圖案的可控制備（圖1）。在特定的二氧化碳脈沖激光功率下（4 W），熒光圖案的熒光強(qiáng)度隨掃描速率的增加先增加后減�。▓D1a,e）。并且當(dāng)掃描線間距大于單個(gè)脈沖激光點(diǎn)直徑時(shí)，熒光圖案表面具有高度可調(diào)節(jié)的線狀圖案 （圖1d,f）。利用該熒光圖案的熒光可調(diào)性可以制備具有三維視覺效果的熒光圖案（圖1c），并且可以通過計(jì)算機(jī)程序化控制，實(shí)現(xiàn)精確，快速，大面的制備不同圖形的熒光圖案（圖1h）。

圖2 熒光圖案的表征

圖3 熒光圖案中碳點(diǎn)的表征

圖4 激光直寫原位制備熒光圖案的機(jī)理

  CAB向碳點(diǎn)的轉(zhuǎn)化是由激光誘導(dǎo)的光熱效應(yīng)引起的。研究發(fā)現(xiàn)激光直寫過程中，醋酸丁酸纖維素表面吸熱而熔融，進(jìn)而發(fā)生熱解反應(yīng)，使纖維素分子脫水后開環(huán)重組生成碳點(diǎn)（圖4）。作者證實(shí)了激光直寫所繪制的熒光圖案中的熒光來自于CAB膜中原位生成的碳點(diǎn)。通過將熒光圖案中的熒光碳點(diǎn)萃取出來表征發(fā)現(xiàn)，該碳點(diǎn)具有激發(fā)波長(zhǎng)依賴性（圖3d），并且其熒光圖案固體熒光也同樣具有激發(fā)波長(zhǎng)依賴性（圖2i），因此該熒光圖案的防偽性能得到進(jìn)一步的提高。激光直寫后的纖維素酯膜透明度高（90%左右），并且具有良好的抗紫外線功能。

  這項(xiàng)研究工作將碳點(diǎn)的合成工藝和熒光圖案化工藝相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了精確，快速，大面積的具有多重可調(diào)性能的熒光圖案的制備，為制備熒光防偽標(biāo)志提供了新思路。該工作以“Carbon Dots Embedded in Cellulose Film: Programmable, Performance-Tunable, and Large-Scale Subtle Fluorescent Patterning by in Situ Laser Writing” 為題發(fā)表在《ACS Nano》上。文章第一作者是華南師范大學(xué)博士后郭媛媛博士，王耀教授為論文通訊作者。

  華南師范大學(xué)周國(guó)富教授團(tuán)隊(duì)王耀教授領(lǐng)導(dǎo)的先進(jìn)信息材料（AIM）課題組在光、電、氣體和溫度等響應(yīng)型功能信息和智能傳感材料研究方面取得了一系列重要突破，近三年已在《ACS Nano》、《Advanced Science》、《Advanced Functional Materials》、《Small》、《Journal of Materials Chemistry A》、《ACS Applied Materials & Interfaces》、《ACS Sensors》等國(guó)際期刊上發(fā)表20多篇原創(chuàng)性學(xué)術(shù)論文，在功能信息和智能傳感材料領(lǐng)域的學(xué)術(shù)影響力。

  該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、“111計(jì)劃”、廣東省光信息材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省教育廳創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)和廣州市科技計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c09999