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四川大學(xué)宋飛教授團隊《Adv. Sci.》：具有時間/溫度控制信息加密功能的纖維素光子墨水
2022-12-14  來源：高分子科技

  信息安全關(guān)乎人類生活、社會穩(wěn)定乃至國家安全。響應(yīng)型光子晶體可通過外界刺激改變自身的結(jié)構(gòu)色，實現(xiàn)可視化信息加密。傳統(tǒng)的防偽技術(shù)受制于簡單的單通道解密方法，易被破解。近年來，多種刺激協(xié)同的加密/解密技術(shù)有利于提高信息安全性，但往往需要復(fù)雜的處理或昂貴的設(shè)備。因此，開發(fā)具有高安全性的加密材料以及精確但操作簡便的解密技術(shù)仍有不小挑戰(zhàn)。


  四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院環(huán)保型高分子材料國家地方聯(lián)合工程實驗室宋飛教授團隊致力于纖維素結(jié)構(gòu)色材料的設(shè)計與功能化應(yīng)用研究。針對纖維素納米晶材料，該團隊利用引入小分子化合物、高分子網(wǎng)絡(luò)及表面涂層等策略構(gòu)建了柔性可拉伸的機械傳感結(jié)構(gòu)色膜(ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 5805-5811; ACS Sustain. Chem. Eng. 2020, 8, 18484-18491; ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 46710-46718; Biomacromolecules 2022, 23 (10), 4110-4117)、有機溶劑選擇性響應(yīng)的纖維素光子膜(Biomacromolecules 2022, 23, 1662-1671; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 30352-30361)和非虹彩結(jié)構(gòu)色纖維素膜(Compos. Part B Eng. 2022, 229, 109456；ACS Sustain. Chem. Eng. 2022, 10, 10641-10648)。


  近期，該團隊發(fā)現(xiàn)羥丙基纖維素(HPC)光子晶體可通過熱誘導(dǎo)相分離實現(xiàn)快速、線性和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)色轉(zhuǎn)變。形成的光子晶體從藍(lán)色轉(zhuǎn)變到紅色僅需12 s且具有良好的顏色變化可逆性。理論模擬結(jié)果表明，HPC和溶劑分子間的氫鍵數(shù)量對溫度的依賴性是造成快速的相分離行為和快速可重復(fù)溫度響應(yīng)的主要原因；诳赡娴慕Y(jié)構(gòu)色轉(zhuǎn)變，該光子晶體可應(yīng)用在溫度傳感器、智能裝飾和信息加密 (Chem. Eng. J. 2023, 453, 139835)。在此基礎(chǔ)上，為了克服受濁點溫度限制而響應(yīng)溫度范圍窄的局限，該團隊利用丙二醇(PG)與HPC之間的強相互作用提高了HPC基光子晶體的響應(yīng)上限溫度，開發(fā)了一種具有高安全性的光子墨水用于簡便的多維信息加密(圖1)。該光子晶體的響應(yīng)溫度范圍和顏色轉(zhuǎn)變速率可通過HPC和PG的濃度予以調(diào)節(jié)(圖2)。值得注意的是，該光子晶體可作為墨水加工為各種復(fù)雜的圖案。憑借高透明度和響應(yīng)溫度范圍的可控性，并結(jié)合多通道編碼技術(shù)，實現(xiàn)溫度依賴性的多維信息加密(圖3)。此外，利用響應(yīng)中的顏色轉(zhuǎn)變速度差異，結(jié)合摩斯密碼加密方法，實現(xiàn)了時間依賴的多維信息加密(圖4)。這一發(fā)現(xiàn)為光子材料協(xié)同溫度和時間分辨信息編碼和高端防偽技術(shù)提供了新思路。 


圖1.HPC/PG光子晶體的多維信息加密。（a）膽甾型HPC/PG光子晶體的示意圖；（b）溫度和（c）時間依賴的信息加密。


 圖2.HPC/PG光子晶體的溫度響應(yīng)性能。（a）不同溫度下HPC/PG30光子晶體顏色變化的光學(xué)照片和（b）對應(yīng)的λmax變化；（c）不同溫度下的循環(huán)穩(wěn)定性能；（d）不同PG濃度的HPC64/PG光子晶體顏色動態(tài)變化的光學(xué)照片和（e）對應(yīng)的λmax隨時間的變化；（f）在循環(huán)溫度變化下的響應(yīng)時間行為。


 圖3.溫度依賴的多維信息加密。（a）光子晶體的圖案化；（b）光子晶體的分辨率；（c）光子晶體的透明性；光子晶體在（d）10、（e）40和（f）60℃時的UV-Vis透過率曲線；溫度依賴的多級信息加密的(g)示意圖和（h）照片。 


圖4.時間依賴的多維信息加密。（a）時間依賴性加密的示意圖；（b）加密標(biāo)簽的溫度響應(yīng)速度；（c）HPC64/PG10和HPC64/PG30編碼的“123”信息和（d）以HPC64/PG20和HPC64/PG30編碼的“456”信息的解密過程；（e）使用HPC64/PG10、HPC64/PG20和HPC64/PG20構(gòu)造的摩斯密碼的解密過程；（f）HPC/PG光子晶體的編碼能力。


  該工作以“Sophisticated yet Convenient Information Encryption/Decryption Based on Synergistically Time-/Temperature-Resolved Photonic Inks”為題發(fā)表在《Advanced Science》上。文章第一作者是博士生李東，通訊作者是宋飛教授，該工作得到了國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點項目（U21A2096）經(jīng)費支持。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202206290

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