在当今信息时代，数据安全变得愈发重要。随着信息技术的快速发展，对高性能信息加密和存储材料的需求也更加迫切。因此需要在早期双模态加密材料的基础上开发具有更多模态变化的刺激响应材料来提高信息存储容量和保密性。4月13日，中国科学院深圳先进技术研究院材料所何睿、喻学锋团队成功开发出一种可以对光、热等多刺激进行变色响应的新型钙钛矿微胶囊材料，能够有效提升信息加密等级和信息存储密度，相关成果在纳米领域国际权威期刊ACS Nano上发表题为“Multilevel Information Encryption Based on Thermochromic Perovskite Microcapsules via Orthogonal Photic and Thermal Stimuli Responses”的研究论文。
该研究通过设计含氟聚合物乳化剂的分子结构来对O/F乳化体系进行调控，制备出在双变量协同调控下具有四种模态的热致变色钙钛矿微胶囊。金属卤化物钙钛矿量子点凭借其荧光量子产率高、发射波长可调、合成方法简单等优点，已成为信息加密领域的热门材料，受到广泛关注。通过丝网印刷、喷墨打印、3D打印等图案化技术，可以实现双模态钙钛矿材料的信息加密应用。此外，研究人员尝试使用不同的刺激形式（水、极性溶剂、温度等）来调控钙钛矿材料的发光信号，从而获得具有三种模态的刺激响应材料。但是，由于钙钛矿材料稳定性差，容易导致在接受刺激源后荧光衰减或淬灭，很难实现荧光信号的长效可逆变化，因此限制了钙钛矿加密材料的应用。针对上述问题，团队开发了一种与CsPbBr3PQDs兼容的O/F相微胶囊包覆体系。并通过设计含氟聚合物乳化剂的分子结构来对O/F乳化体系进行调控，最终高效地将热致变色材料和CsPbBr3PQDs共同包覆在微胶囊内部。值得注意的是，在两种材料的协同作用下，复合微胶囊可以对光和热的正交刺激进行响应形成四种模态。得益于微胶囊的壳核结构，热致变色钙钛矿微胶囊不仅具有较高的水氧稳定性，还可在20°C和70°C之间反复切换，依旧保持较色彩清晰和荧光明亮，展现出持久的可逆四模态响应性能。通过对照实验可以直观地证明钙钛矿量子点与热致变色体系在高温状态下会产生相互作用，形成新的加密模态。相比于双刺激响应的三模态材料，本研究中实现的四模态材料减少了数据冗余，提高了加密安全性和信息存储密度。通过将热致变色钙钛矿微胶囊与其他显示材料结合使用，可以实现对图案、数字、字母等各类复杂信息的多级加密和解密功能。此外，该团队还针对性地设计了一套以热致变色钙钛矿微胶囊为“密钥”的多级信息加密系统。在操作口令的驱动下，采集设备将测定不同状态下微胶囊的CIE-Lab值，并将信号转化成与之对应的ACSII码，最终根据密码簿中ACSII码与字母的对应关系获得真实信息。本研究通过微胶囊封装技术制备了一种很有应用前景的高密度信息存储材料。后续将进一步对不同种类的刺激响应材料进行设计组合，有望获得具有更多模态变化的多刺激响应智能微胶囊材料，推动信息加密领域的高速发展，不断提升信息存储的安全性。何睿副研究员和喻学锋研究员为本文通讯作者，硕士研究生袁心如为第一作者。该工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、中国科学院青年创新促进会项目、广东省自然科学基金项目等资助。![]()
