По примеру жуков и бабочек: QR-коды из жидких кристаллов невозможно подделать

Учёные разработали метод создания уникальных QR-кодов для защиты от подделки с использованием сферических холестерических жидких кристаллов микрометрового размера. Холестерические жидкие кристаллы (холестерики, ХЖК или CLC в международной терминалогии) — это кристаллы со спиральными молекулами, и в них отсутствует центральная симметрия.


Открытие совершила исследовательская группа во главе с Джиалеем Хе из Высшей инженерной школы Нагойского университета, Япония. Они придумали, как перерабатывать ХЖК в сферические частицы микрометрового размера. У ХЖК спиральная структура, они обладают уникальными оптическими свойствами и могут избирательно отражать свет.

Холестерические жидкие кристаллы изначально «открыты» самой природой. Переливающиеся насекомые — это примеры явлений на основе ХЖК. Их необычные цвета и свойства — меж двух типов веществ, между жидкостями и кристаллами. Способность ХЖК придавать экзоскелетам жуков и крыльям бабочек поразительный изменчивый цвет и повторили в японской лаборатории.

Оптические свойства ХЖК особенно полезны. Их уникальная молекулярная структура обеспечивает избирательное отражение света на определённых длинах волн. В результате такая поверхность приобретает тот или иной, зачастую необычный цвет, причём без каких-либо красителей. ХЖК состоят из длинных молекул, которые повторяются в форме спирали. В этой спирали есть повторяющиеся участки по вертикали, или шаги. Если шаги спирали близко друг к другу, то жидкий кристалл отражает свет с более короткими длинами волн, и так появляется видимость синего и фиолетового цветов. А если пространства по вертикали больше, то и длина волны больше, что даёт красный или оранжевый цвет.

Более того, благодаря спиральному расположению молекул в кристалле воспринимаемый цвет может меняться в зависимости от угла, под которым смотрят на спираль, и так возникает практически бесконечная палитра так называемых структурных цветов, созданных без капли краски.

У выводов исследователей есть перспектива применения — создание более безопасных QR-кодов, которые невозможно подделать. Для более эффективного использования ХЖК исследователи создают сферические частицы. Эти частицы превращают спираль в 3D-матрицу, повышая контроль над окраской.

Однако добиться нужного размера сложно. Существующими методами можно получить сферические частицы ХЖК масштаба в сотни микрометров. Но они слишком велики для практического применения. Чтобы решить эту проблему, исследователи Джиалей Хе и Юкиказу Такеока из Университета Нагои вместе со своими коллегами использовали смесь растворителей. И с их помощью методом дисперсионной полимеризации создали сферические частицы ХЖК микрометрового размера.

Высота холестеринового жидкого кристалла в сферических частицах ХЖК меняется в зависимости от их кривизны. Поэтому исследователи сосредоточилась на получении частиц одинакового размера, также известных как монодисперсные сферы.


— Джиалей Хе, научный руководитель.

Использованный полидиметилсилоксан в разговорной речи также известен как силикон.

Главная перспектива для открытия из Нагои — создание более безопасных, не поддающихся фальсификации QR-кодов. ХЖК свойственна хиральность — это асимметрия, которое предотвращает наложение объекта или молекулы на их зеркальное отражение. Благодаря тому исследователи могли бы создавать QR-коды, защищающие от подделки. Эти коды сочетали бы цвет сферических частиц ХЖК с нехиральными, обычными пигментами. Такие QR-коды можно будет прочитать только с помощью специального кругового поляризатора, то есть сфетофильтра, который делает видимыми одни цвета и блокирует другие.