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中科院福建物構所黃偉國研究員團隊 Adv. Mater.：非熒光聚合物 - 用于數據存儲和多維信息加密的非傳統防偽油墨

2023-06-25 來源：高分子科技

近日，中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室黃偉國研究員團隊在Adv. Mater.上發表了題為“Conventional Non-Fluorescent Polymers: Unconventional Security Inks for Data Storage and Multi-Dimensional Photonic Cryptography”的研究論文。

熒光/磷光分子的快速發展極大地促進了防偽油墨的研究，并顯著地推動了信息加密方式和防偽技術的開發。然而，由于其相對簡單的讀出方式（例如紫外光照射，或讀取余輝信息）、光漂白現象、成本較高等問題，傳統的防偽油墨正面臨嚴峻挑戰。本文開發了一種基于非熒光聚合物的多維數據加密方法，其中非熒光聚合物油墨作為數據加密的“Lock”，而具有反剛致變色的熒光團分子作為“Key”。通過“Lock - Key”機制，熒光團分子可以“點亮”聚合物油墨，從而解密數據信息。整個過程中的熒光發射是由聚合物化學結構、分子量、拓撲結構、共聚物序列和聚集態結構所決定。與熒光團的本征熒光發射相比，解密后的信息在紫外光下表現出不同強度、波長和手性的熒光發射。此外聚合物的多樣拓撲結構、多元的結構單元排列和隨機纏繞的形狀，使得它們難以被模仿破譯。因此，該多維數據加密方法很好地克服了傳統熒光/磷光油墨的缺點，為高安全性油墨設計提供了新思路。

三種聚合物pPFPA、PMMA和PEtsOx作為油墨，分別在基底上寫下“Time”，“will”和“tell”，自然光和紫外光下都不可見。為了解密這些信息，需要使用SN、DN、SE或DE熒光分子選擇性地“點亮”聚合物油墨，其中F2與三種聚合物之間的相互作用最強，所形成的分子間電荷轉移復合物（CTC）的能隙最小。而如果使用不含菲啉基團的熒光分子（例如TF3、DH或TPA）處理基底，則無法解密加密信息。值得注意的是，這些熒光分子的本征熒光都為藍色，在與聚合物相互作用后會發射不同顏色熒光，這為數據解密和防偽提供了豐富靈活的選擇。

進一步，將含有三種聚合物的矩陣定義為“Lock”矩陣，三種熒光分子的矩陣定義為“Key”矩陣，“Output”矩陣是由“Lock”和“Key”矩陣中相對應位置的兩個元素疊加。在基于“Lock - Key”機制的3×3數據加密矩陣中，有20,000個“Key”矩陣和40,000,000種“Output”矩陣，不僅難以被破譯、仿造和反向設計，而且很容易驗證，進一步增加矩陣大小會繼續提高安全級別。這項非熒光聚合物作為防偽墨水的研究工作具有十分廣泛的應用前景。

本研究工作得到了國家自然科學基金、福建省自然科學基金和中國福建光電信息科學與技術創新實驗室的資助。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202303641

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（責任編輯：xu）

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