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4月13日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院材料所何睿、喻學(xué)鋒團(tuán)隊成功開發(fā)出一種可以對光、熱等多刺激進(jìn)行變色響應(yīng)的新型鈣鈦礦微膠囊材料，能夠有效提升信息加密等級和信息存儲密度，相關(guān)成果在納米領(lǐng)域國際權(quán)威期刊ACS Nano上發(fā)表題為“Multilevel Information Encryption Based on Thermochromic Perovskite Microcapsules via Orthogonal Photic and Thermal Stimuli Responses”的研究論文。該研究通過設(shè)計含氟聚合物乳化劑的分子結(jié)構(gòu)來對O/F乳化體系進(jìn)行調(diào)控，制備出在雙變量協(xié)同調(diào)控下具有四種模態(tài)的熱致變色鈣鈦礦微膠囊。

論文截圖

金屬鹵化物鈣鈦礦量子點(diǎn)憑借其熒光量子產(chǎn)率高、發(fā)射波長可調(diào)、合成方法簡單等優(yōu)點(diǎn)，已成為信息加密領(lǐng)域的熱門材料，受到廣泛關(guān)注。通過絲網(wǎng)印刷、噴墨打印、3D打印等圖案化技術(shù)，可以實現(xiàn)雙模態(tài)鈣鈦礦材料的信息加密應(yīng)用。此外，研究人員嘗試使用不同的刺激形式（水、極性溶劑、溫度等）來調(diào)控鈣鈦礦材料的發(fā)光信號，從而獲得具有三種模態(tài)的刺激響應(yīng)材料。但是，由于鈣鈦礦材料穩(wěn)定性差，容易導(dǎo)致在接受刺激源后熒光衰減或淬滅，很難實現(xiàn)熒光信號的長效可逆變化，因此限制了鈣鈦礦加密材料的應(yīng)用。

針對上述問題，團(tuán)隊開發(fā)了一種與CsPbBr3PQDs兼容的O/F相微膠囊包覆體系。并通過設(shè)計含氟聚合物乳化劑的分子結(jié)構(gòu)來對O/F乳化體系進(jìn)行調(diào)控，最終高效地將熱致變色材料和CsPbBr3PQDs共同包覆在微膠囊內(nèi)部。值得注意的是，在兩種材料的協(xié)同作用下，復(fù)合微膠囊可以對光和熱的正交刺激進(jìn)行響應(yīng)形成四種模態(tài)。得益于微膠囊的殼核結(jié)構(gòu)，熱致變色鈣鈦礦微膠囊不僅具有較高的水氧穩(wěn)定性，還可在20°C和70°C之間反復(fù)切換，依舊保持較色彩清晰和熒光明亮，展現(xiàn)出持久的可逆四模態(tài)響應(yīng)性能。通過對照實驗可以直觀地證明鈣鈦礦量子點(diǎn)與熱致變色體系在高溫狀態(tài)下會產(chǎn)生相互作用，形成新的加密模態(tài)。

熱致變色鈣鈦礦微膠囊的結(jié)構(gòu)示意圖及四模態(tài)變化過程

相比于雙刺激響應(yīng)的三模態(tài)材料，本研究中實現(xiàn)的四模態(tài)材料減少了數(shù)據(jù)冗余，提高了加密安全性和信息存儲密度。通過將熱致變色鈣鈦礦微膠囊與其他顯示材料結(jié)合使用，可以實現(xiàn)對圖案、數(shù)字、字母等各類復(fù)雜信息的多級加密和解密功能。

熱致變色鈣鈦礦微膠囊的信息加密應(yīng)用

此外，該團(tuán)隊還針對性地設(shè)計了一套以熱致變色鈣鈦礦微膠囊為“密鑰”的多級信息加密系統(tǒng)。在操作口令的驅(qū)動下，采集設(shè)備將測定不同狀態(tài)下微膠囊的CIE-Lab值，并將信號轉(zhuǎn)化成與之對應(yīng)的ACSII碼，最終根據(jù)密碼簿中ACSII碼與字母的對應(yīng)關(guān)系獲得真實信息。

本研究通過微膠囊封裝技術(shù)制備了一種很有應(yīng)用前景的高密度信息存儲材料。后續(xù)將進(jìn)一步對不同種類的刺激響應(yīng)材料進(jìn)行設(shè)計組合，有望獲得具有更多模態(tài)變化的多刺激響應(yīng)智能微膠囊材料，推動信息加密領(lǐng)域的高速發(fā)展，不斷提升信息存儲的安全性。

基于熱致變色鈣鈦礦微膠囊的多級信息加密設(shè)備

何睿副研究員和喻學(xué)鋒研究員為本文通訊作者，碩士研究生袁心如為第一作者。該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會項目、廣東省自然科學(xué)基金項目等資助。

來源：中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院