瞄准“卡脖子”技术！他，东南大学副院长，联手「国家杰青」，新发Science子刊！
学术
2024-12-02 23:07
河南
有机-无机杂化分子铁电材料是一类新兴的材料，因其在能量采集、自供电机械传感、信息安全等领域的广泛应用而备受关注。这些材料将有机阳离子的优点与无机阴离子框架的优势特性结合，在分子层面实现多功能性。与传统的压电陶瓷材料（如钛酸铅（PZT）和钛酸钡（BTO））相比，有机-无机杂化分子铁电材料具有室温低成本合成、结构可调和生物相容性等独特优势。然而，这些材料在实际应用中也面临着固有的脆性和较差的延展性等问题，这严重制约了其在柔性电子器件中的应用。为了解决这一问题，东南大学吴俊教授以及游雨蒙教授等人合作在《Science Advances》上发表题为“Flexible mechano-optical dual-responsive perovskite molecular ferroelectric composites for advanced anticounterfeiting and encryption”的最新论文。该团队设计并制备了一种柔性机械-光学双响应的分子铁电复合材料，将三甲基氯甲基铵（TMCM）–MnCl3掺入苯乙烯-乙烯-苯乙烯（SEBS）基体中，成功实现了在保持优异压电性和光致发光特性的同时，显著提高了材料的可拉伸机械性能。该复合材料的拉伸应变超过1300%，厚度仅为30μm，展示了极佳的柔性和耐用性。该研究利用复合材料的光学和力学响应特点，设计了视觉-触觉融合的防伪和加密应用。基于图案识别和压电响应，开发了防伪和防篡改标签，用于判断贵重物品是否为真品或是否被篡改。此外，研究人员还设计了三层加密的高安全性密码键盘，相比传统密码设备，该键盘提供了524,288倍更多的密码组合，并具有更强的防破解能力。通过这些创新，研究者成功地提高了多功能材料的性能，并为未来智能人机交互、信息安全和先进机器人技术的应用提供了新的思路和解决方案。（1）实验首次将三甲基氯甲基铵（TMCM）–MnCl3掺入苯乙烯-乙烯-苯乙烯（SEBS）基体，成功合成了柔性机械-光学双响应分子铁电复合材料（SEBS/TMCM-MnCl3）。该复合材料展示了优异的可拉伸机械性能（拉伸应变>1300%），并具有30μm的薄膜厚度，同时具备压电性和光致发光特性。（2）实验通过将TMCM-MnCl3纳米材料与SEBS基体结合，形成了具有视觉和触觉双重响应能力的复合材料，显著提升了其在防伪和加密中的应用潜力。基于该复合材料的压电响应和图案识别，成功开发了防伪和防篡改标签，能够判断贵重物品是否为真品或是否被篡改。（3）实验还设计了具有三层加密的高安全性密码键盘，与传统仅依赖数字加密的设备相比，密码组合数量增加了524,288倍，并显著提高了防破解的安全性。这项研究为多功能光电材料的设计提供了新的思路，推动了视觉-触觉融合智能应用在信息安全、人体界面及先进机器人领域的发展。图1. 用于防伪和加密的 STMn 铁电复合材料的系统和概念。
本文通过将TMCM-MnCl3掺入SEBS基体，能够实现柔性机械-光学双响应特性，这不仅拓宽了分子铁电材料的应用范围，还为触觉与视觉的融合应用提供了新的思路。特别是在防伪和加密领域，结合压电响应和图案识别的智能标签及高安全性密码键盘的设计，展示了材料在信息安全和数据保护方面的巨大潜力。此外，研究还指出，尽管当前STMn薄膜的压电性能（d33）相对较低，但通过优化复合材料的设计、制备工艺和电极-复合材料界面，可以显著提升其性能。这一发现为未来复合材料的性能优化提供了明确的方向。综合来看，本研究为多功能材料的开发及其在智能界面、信息安全和先进机器人领域的应用提供了新的理论依据和技术路径，具有广阔的应用前景。Flexible mechano-optical dual-responsive perovskite molecular ferroelectric composites for advanced anticounterfeiting and encryption.Sci. Adv.10,eadr2886(2024).DOI:10.1126/sciadv.adr2886https://baijiahao.baidu.com/s?id=1780901627626672424&wfr=spider&for=pc🏅 我们提供专业的第一性原理、分子动力学、生物模拟、量子化学、机器学习、有限元仿真等代算服务。🎯我们的理论计算服务，累计助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果，计算数据已发表在Nature & Science正刊及大子刊、JACS、Angew、PNAS、AM系列等国际顶刊。 👏👏👏
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