近日，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(duì)成功開發(fā)出一種可以對(duì)光和熱等多刺激進(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(jí)和信息存儲(chǔ)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。

該工作通過設(shè)計(jì)含氟聚合物乳化劑的分子結(jié)構(gòu)來對(duì)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。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本論文第一作者。

在當(dāng)今信息時(shí)代，數(shù)據(jù)安全變得愈發(fā)重要。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)高性能信息加密和存儲(chǔ)材料的需求也更加迫切。因此需要在早期雙模態(tài)加密材料的基礎(chǔ)上開發(fā)具有更多模態(tài)變化的刺激響應(yīng)材料來提高信息存儲(chǔ)容量和保密性。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(shí)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(hào)，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(shí)現(xiàn)熒光信號(hào)的長效可逆變化，因此限制了鈣鈦礦加密材料的應(yīng)用。

中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的喻學(xué)鋒、何睿團(tuán)隊(duì)針對(duì)上述問題，開發(fā)了一種與CsPbBr₃ PQDs兼容的O/F相微膠囊包覆體系。并通過設(shè)計(jì)含氟聚合物乳化劑的分子結(jié)構(gòu)來對(duì)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CsPbBr₃ PQDs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(duì)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(duì)照實(shí)驗(yàn)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(huì)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

相比于此前報(bào)道的雙刺激響應(yīng)的三模態(tài)材料，本工作中實(shí)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(chǔ)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(shí)現(xiàn)對(duì)圖案、數(shù)字、字母等各類復(fù)雜信息的多級(jí)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(duì)還針對(duì)性地設(shè)計(jì)了一套以熱致變色鈣鈦礦微膠囊為“密鑰”的多級(jí)信息加密系統(tǒng)。在操作口令的驅(qū)動(dòng)下，采集設(shè)備將測(cè)定不同狀態(tài)下微膠囊的CIE-Lab值，并將信號(hào)轉(zhuǎn)化成與之對(duì)應(yīng)的ACSII碼，最終根據(jù)密碼簿中ACSII碼與字母的對(duì)應(yīng)關(guān)系獲得真實(shí)信息。

本工作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(chǔ)材料。后續(xù)將進(jìn)一步對(duì)不同種類的刺激響應(yīng)材料進(jìn)行設(shè)計(jì)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(dòng)信息加密領(lǐng)域的高速發(fā)展，不斷提升信息存儲(chǔ)的安全性。

基于熱致變色鈣鈦礦微膠囊的多級(jí)信息加密設(shè)備

該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目等資助。