南开大学宋峰团队Small:具有物理不可克隆功能、仿生皱纹和空间选择性荧光模式的多级刺激响应智能“三明治”标签

文摘   2024-11-03 19:13   福建  

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 原文链接:10.1002/smll.202405110

随着互联网的日益普及,给人们生活带来便利的同时也增加了安全风险。物理不可克隆函数(PUF)可以利用其固有的物理特性生成随机、不可克隆、唯一的标识符,在防伪方面有着广阔的前景。
近日,南开大学宋峰团队受自然界中不规则的树皮裂缝和随机的皮肤皱纹的启发,提出了一种通过简单拉伸水凝胶来创建具有不可克隆的随机图案的复杂微皱纹的方法。利用自适应阈值算法将微皱纹中蕴含的随机纹理信息数字化为二进制代码。此外,还提出了一种具有多级智能防伪系统的新型“三明治”标签。第一级为光致发光加密,在可见光范围内可调发光并在不同激发波长下调制发光;第二级为应变相关的机械加密;第三级为高度随机和不可克隆的微皱纹。防伪等级越高,认证难度越大,从而提高标签的安全性。此外,利用丝网印刷技术实现了水凝胶中稀土金属有机骨架(RE-MOF)荧光材料的空间选择性掺杂。新型多级智能防伪PUF标签的概念将进一步提高现有的防伪水平。相关研究成果发表于《Small》上


图文解析

图 1. a) pAA/pAAc 水凝胶和 b) RE-MOF 的制备。c) 三级防伪认证:1) 紫外线刺激,2) 压力刺激,和 3) PUF 微皱纹。

图 2. PUF 微皱纹的形成。a) 皮肤皱纹形成示意图。b) 树皮中的不规则裂缝。c) 拉伸前后水凝胶表面的 SEM 图像。d) 水凝胶表面微皱纹的形成过程。

图3. 自适应阈值的应用及PUF特性分析。a)基于固定阈值(上)和自适应阈值(下)的3D二进制码。b)固定阈值(中)和自适应阈值(下)对不同光强(光强从左到右逐渐增加)图像二值化比较。c)分别沿x和y轴的熵值(Ex,y)。d) 40组MSPFL的比特均匀性,平均值y为0.5002,标准差为0.0068。e)对同一MSPFL重复测试40次得到的汉明内距离以及同一挑战下40个不同MSPFL之间的汉明间距离。f)对同一标签不同行之间的原图、二进制码和汉明间距离分别测量两次(左和中)和另一个标签(右)。g)干扰前后十组标签之间相似性指数热图。 h)干扰前后标签同一行之间的汉明内距。


图4. 多级刺激响应在夹层标签中的设计与应用。a)“夹层”标签的制备过程和第一级、第二级防伪的加密解密过程。b)第一级、第二级防伪的刺激响应图:响应紫外光刺激的可调发光,在254nm激发下从红色变为黄色再变为绿色,从绿色变为青色再变为蓝色,从蓝色变为紫色再变为红色;加密信息对压力和紫外光刺激作出响应。

图 5. RE-MOF 的发光特性和水凝胶的机械性能。a) Tb-MOF、b) Eu-MOF 和 c) Ce-MOF 的激发和发射光谱。d) CexTb1-x-MOF(x = 1、0.9、0.75、0)、TbxEu1-x-MOF(x = 1、0.997、0.98、0.9、0)和 CexEu1-x-MOF(x = 1、0.9、0.5、0)的 CIE 颜色坐标。e) 254 nm 激发下 TbxEu1-x-MOF(x = 1、0.99、0.9、0.75)的荧光发射光谱比较。空穴-电子分布(顶部)(蓝色和绿色分别代表空穴和电子)和 IFCT 热图(底部)(横轴和纵轴分别代表电子供体和受体)在 f) 254 nm 和 g) 365 nm 激发下。H) pAA-pAAc 水凝胶的透射率随单轴应变的变化。I) pAA-pAAc 水凝胶的拉伸应力-应变曲线。J) pAA-pAAc 水凝胶在 0% 和 100% 应变之间的循环拉伸曲线。

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