寧波材料所在Advanced Materials發(fā)表綜述“智能高分子凝膠基信息存儲防偽材料的研究進(jìn)展”
信息安全與人民生活、社會穩(wěn)定甚至國家安全都息息相關(guān)，在過去的幾十年里，為應(yīng)對日益強(qiáng)大的偽造技術(shù)，各種防偽材料及相關(guān)的防偽技術(shù)已經(jīng)得到了快速發(fā)展。然而，基于傳統(tǒng)干態(tài)或硬質(zhì)材料存儲的信息往往以靜態(tài)形式顯示，易被破解，因此，亟需開發(fā)新型的信息防偽材料及相應(yīng)的加密-解密策略來提高信息的安全等級。智能高分子凝膠具有可設(shè)計(jì)、修飾的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過功能的賦予，這類材料在軟機(jī)器人、組織工程、仿生皮膚等各個(gè)領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用前景和研究價(jià)值。特別當(dāng)暴露在光、熱、電、磁、機(jī)械力或化學(xué)物質(zhì)等特定外部刺激下，智能高分子凝膠表現(xiàn)出的顏色或形狀變化，使得這類材料有望在信息防偽領(lǐng)域取得應(yīng)用。
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所智能高分子材料團(tuán)隊(duì)長期從事高分子水凝膠的仿生可控構(gòu)筑及其在柔性驅(qū)動與感知、熒光防偽等領(lǐng)域的應(yīng)用探索。近期，陳濤研究員、樂曉霞副研究員在Advanced Materials上發(fā)表了題為“Recent Progress in Smart Polymeric Gel-based Information Storage for Anti-counterfeiting ”的綜述（https://doi.org/10.1002/adma.202201262，DOI: 10.1002/adma.202201262, 如圖1）?！ ?/font>
構(gòu)建基于高分子凝膠基信息存儲設(shè)備的關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)智能凝膠可調(diào)節(jié)的光學(xué)特性（如圖2）。材料的光學(xué)性能主要表現(xiàn)在其對光的吸收、反射和透射等能力，即透明度、顏色、發(fā)光等方面的差異。根據(jù)設(shè)計(jì)方法，基于高分子凝膠的信息存儲設(shè)備可根據(jù)不同的光學(xué)形式大致分為兩大類：基于化學(xué)色的信息存儲和基于物理色的信息存儲。化學(xué)色（以熒光為主）通常通過物理摻雜或化學(xué)接枝的方法將碳點(diǎn)、有機(jī)染料以及鑭系元素引入聚合物凝膠中得以實(shí)現(xiàn)，而物理色主要是由凝膠與光之間的相互作用產(chǎn)生（干涉/衍射、折射/散射、反射/透過）。在一定外界刺激條件下，相應(yīng)的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，即可對信息進(jìn)行加密和解密?！?/font>
通過多功能的協(xié)同，包括形狀記憶、自修復(fù)、驅(qū)動，高分子凝膠基的信息存儲設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)加密信息從單色到多色的豐富變化，加密-解密形式從單維度到多維度的進(jìn)一步提升。目前基于凝膠的智能防偽系統(tǒng)雖然與其他防偽材料相比展現(xiàn)出獨(dú)特的性質(zhì)，但仍存在一些缺陷，限制了其在實(shí)際生產(chǎn)和日常生活中的進(jìn)一步應(yīng)用。此類材料的信息存儲能力和分辨率有待提高，針對這一點(diǎn)，可以結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，例如噴墨打印、4D打印等打印技術(shù)，在生產(chǎn)過程中，凝膠可以充當(dāng)“紙”或“墨水”。另一方面，凝膠材料遇溶劑不可避免地會易溶脹、在空氣中易失水收縮，導(dǎo)致加密信息失真甚至消失。針對以上缺陷，開發(fā)能夠抗溶脹或抗失水的凝膠或許是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
對于防偽來說，使用最簡單的解密方式識別最高安全級別的加密信息是一個(gè)永恒的追求。一方面，不同光學(xué)性能的結(jié)合、其他功能（如形狀記憶、形狀變形、自愈等）的協(xié)同作用，可以賦予凝膠防偽系統(tǒng)更加復(fù)雜多樣的加密形式，從而提高信息安全水平。另一方面，采用簡單的刺激（例如光、濕度和溫度），可以使解密過程簡化，這也將成為防偽應(yīng)用未來的發(fā)展趨勢。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金（52103246）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFC0114900）、浙江省自然科學(xué)基金（LQ22E030015）、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃（QYZDB-SSW-SLH036）、中德合作國際交流項(xiàng)目（M-0424）以及王寬誠教育基金（GJTD-2019-13）等項(xiàng)目的支持。
圖1 智能高分子凝膠基信息防偽材料的構(gòu)筑及應(yīng)用
圖2 光學(xué)特性（熒光、物理色）可調(diào)節(jié)的信息存儲智能高分子凝膠
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