名古屋大学工程研究生院的贺家磊博士领导的研究团队开发了一种将胆酯液晶（CLCs）加工成微米级球形颗粒的新方法。
CLCs是一种具有螺旋结构的液晶，具备独特的光学特性和选择性反射光的能力。研究人员通过将球形CLC颗粒与市售颜料结合，创造出一种独特的防伪二维码，这种二维码只能在特定的圆形偏光片下显示。研究成果已发表在《先进光学材料》期刊上。
CLCs在工程中应用自然现象的一个例子。如果你曾注意到蝴蝶的彩虹色翅膀或甲虫外骨骼的光泽涂层，你就见识到了CLCs的作用。研究人员在实验室中合成了模仿甲虫外骨骼颜色的CLCs单元，因其独特的颜色和介于液体与晶体之间的性质。
CLCs的光学特性尤其有用。由于其独特的分子结构，它们能够选择性地反射特定波长的光，从而展现出不同寻常的颜色。CLCs由长分子组成，这些分子以螺旋形状重复排列。在螺旋中，一个区域的垂直重复距离被称为“螺距”。
如果螺旋结构中有紧密相连的重复单元，液晶的间距会缩短，反射波长也会变短，发出蓝色和紫色。而那些具有较长垂直空间的单元则会导致红色或橙色的产生。
更复杂的是，由于构成晶体的分子呈螺旋状排列，颜色会根据观察者对螺旋的方向而变化。因此，观察液晶的方式可能会产生无限多的颜色。
为了更有效地利用CLC，研究人员制造了球形CLC颗粒。这些颗粒呈球形，并在三维矩阵中包含螺旋，以便科学家们更好地观察和控制它们的颜色。然而，当前的主要问题是颗粒的规模。目前的方法产生的球形CLC粒子直径为100微米，这对于大多数用途来说过大了。
为了解决这个问题，名古屋大学的研究人员贺家磊（他/他）和竹冈幸和（他/他）及其同事采用了一种称为分散聚合的技术，利用混合溶剂制造出粒径控制在几微米的球形CLC颗粒。
由于样品是在室温下采集的，研究人员发现新技术的应用非常困难。“由于样品在室温下的柔软性，这是CLCs固有的特性，因此样品测试是一个特别具有挑战性的过程，”何博士表示。“因此，需要付出相当大的努力才能找到一种合适的方法来表征样品，而不会造成任何损害。”
由于这种尺寸的球形CLCs颗粒的胆甾相液晶的节距随颗粒的曲率而变化，研究人员使颗粒呈球形，确保其均匀的尺寸分布。这就是所谓的单分散球体。
“在实验过程中，我们意外发现，微球的粒度显著影响最终的结构颜色。我们可以根据颗粒大小生产出各种颜色，”何博士说。“我们还发现，用聚合物聚二甲基硅氧烷覆盖球形CLC颗粒可以改善着色和热稳定性。”
这项研究的一个潜在应用是创造更安全、无法复制的二维码。它们可以通过利用CLCs的手性特性来实现。手性是指物体或分子由于不对称而无法与其镜像重叠的特性。
CLCs具有手性和光学活性，因此可以通过将球形CLCs颗粒的颜色与市售的非手性颜料结合来创建防伪二维码。只有使用特定的圆偏振器，允许非手性光通过，而不允许二维码的手性光通过，才能读取代码。
竹冈博士表示：“球形CLC颗粒的发展源于这项研究，将为低成本的结构色彩功能提供新的可能性，这与传统色彩材料不同。”“除了用作防伪的特殊功能颜料外，它还可以用于其他应用，利用圆偏振结构颜色的优势，几乎不依赖于观察角度。”
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