随着信息技术与智能制造的发展，传统基于单一光学响应的防伪技术在信息维度、安全等级以及动态交互能力方面逐渐面临挑战。尤其是可见光防伪信息容易被直接观察和复制，如何引入人眼不可见的光学维度，实现多层次、动态化的信息加密，成为安全防伪领域的重要研究方向。

  2026年8月24日，北京工业大学郭金鑫教授、张新平教授团队联合北京工业大学薛鹏教授团队、蚌埠学院宗雪阳博士在信息加密与光学防伪领域取得新进展。相关研究成果以“Bioinspired Multi-Grating Photopolymer for TIR/Vis Dual-Mode Anti-Counterfeiting”为题发表于Advanced Functional Materials上。论文第一作者是北京工业大学博士生李鹏磊，博士生严佳敏为共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金委和北京市教委的支持。

图1 仿生多光栅光聚合物的设计及构建

  该团队受自然界Rosalia alpina鞘翅的多结构形态启发，提出一种基于多周期嵌套光栅结构的仿生光致聚合物器件，实现可见光与热红外双模信息编码与动态防伪。该工作开发了光引发聚合体系结合光刻胶模板辅助转印的嵌套结构制备策略，在器件表面获得不同的周期的光栅结构，从而调控材料的光学响应(图1)。

图2多光栅结构的光学响应与调控机制

  基于光栅动量匹配理论，光栅周期决定其能够提供的额外面内动量G=2π/Λ。团队通过理论模拟发现，当光栅波矢与聚合物薄膜导模波矢k_mode接近匹配时，可增强自由空间光与导模之间的耦合，使电磁场更加集中于材料表面，从而增强红外光与聚合物的相互作用，实现热红外发射调控。在实验研究的不同结构中，发现5 μm光栅具有更小的动量失配以及更有利的低阶衍射条件，表现出更强的导模耦合能力，验证了与理论模拟的一致性(图2)。

图3 多光栅结构的热红外辐射特性

  该团队进一步探究了不同光栅结构对热红外辐射特性的调控作用，实验结果表明，光栅结构能够增强特定波段的吸收与热辐射。在设计的五个不同周期的器件中，5 μm周期的光栅在室温下即可实现约0.6%的Planck加权发射率提升。随着温度升高，不同区域之间的红外辐射差异进一步放大，可用于制备可见光隐藏、红外热像仪识别的信息加密器件(图3)。

图4 多光栅嵌套结构的双模防伪应用

  基于不同光栅周期在可见光与热红外不同波段所产生的差异化光学响应，该团队设计开发了光刻胶模板一次转印的具有多光栅嵌套结构的聚合物标签。将不同周期、不同方向的图案化光栅进行组合，使得在可见光下具有多种衍射信息重叠，且常温下用红外热像仪无法观察到任何信息，实现有效信息的隐藏(图4a-c)。加热后，特定光栅区域的热红外辐射发生变化，使隐藏的信息被选择性地展示出来(图4d)。FDTD计算表明，与星形图案对应的光栅区域相比，月形图案对应的光栅区域表现出显著更强且更集中的电场分布，表明其电磁约束能力更强，红外发射率也更高。因此，在红外图像中可实现选择性热解码，从而在保持可见光衍射认证的同时，动态揭示隐藏信息。

图5 多光栅结构的可编程信息加密

  同时，该团队基于多周期光栅结构构建了一种热可编程数字加密装置。通过采用不同周期的光栅制造数字显示元件，形成七段数码配置。在可见光照射下，所有光栅段均产生衍射效应，共同显示数字“8”(图5a)。但由于每个段的光栅周期不同，其红外响应差异显著。在红外成像中，仅部分具有更强红外调制能力的段能被识别为可见。通过从可见光图案中减去红外可见信息，即可解码出隐藏的数字信息“4”(图5b, c)。该设计实现了基于结构红外选择性的可编程光学加密系统，展示了所提出的多周期嵌套结构的聚合物器件在信息安全应用中的潜力。

  综上所述，本研究通过一种便捷的多光栅嵌套结构转移策略，成功实现了在可见光/近红外波段的双模式防伪功能。该研究为低成本、简单制造且可扩展的光学安全器件提供了新的技术路径。

  原文信息https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.77957