4月13日，中國科學院深圳先進技術研究院材料所何睿、喻學鋒團隊成功開發出一種可以對光、熱等多刺激進行變色響應的新型鈣鈦礦微膠囊材料，能夠有效提升信息加密等級和信息存儲密度，相關成果在納米領域國際權威期刊ACS Nano上發表題為“Multilevel Information Encryption Based on Thermochromic Perovskite Microcapsules via Orthogonal Photic and Thermal Stimuli Responses”的研究論文。該研究通過設計含氟聚合物乳化劑的分子結構來對O/F乳化體系進行調控，制備出在雙變量協同調控下具有四種模態的熱致變色鈣鈦礦微膠囊。

論文截圖

金屬鹵化物鈣鈦礦量子點憑借其熒光量子產率高、發射波長可調、合成方法簡單等優點，已成為信息加密領域的熱門材料，受到廣泛關注。通過絲網印刷、噴墨打印、3D打印等圖案化技術，可以實現雙模態鈣鈦礦材料的信息加密應用。此外，研究人員嘗試使用不同的刺激形式（水、極性溶劑、溫度等）來調控鈣鈦礦材料的發光信號，從而獲得具有三種模態的刺激響應材料。但是，由于鈣鈦礦材料穩定性差，容易導致在接受刺激源后熒光衰減或淬滅，很難實現熒光信號的長效可逆變化，因此限制了鈣鈦礦加密材料的應用。

針對上述問題，團隊開發了一種與CsPbBr3PQDs兼容的O/F相微膠囊包覆體系。并通過設計含氟聚合物乳化劑的分子結構來對O/F乳化體系進行調控，最終高效地將熱致變色材料和CsPbBr3PQDs共同包覆在微膠囊內部。值得注意的是，在兩種材料的協同作用下，復合微膠囊可以對光和熱的正交刺激進行響應形成四種模態。得益于微膠囊的殼核結構，熱致變色鈣鈦礦微膠囊不僅具有較高的水氧穩定性，還可在20°C和70°C之間反復切換，依舊保持較色彩清晰和熒光明亮，展現出持久的可逆四模態響應性能。通過對照實驗可以直觀地證明鈣鈦礦量子點與熱致變色體系在高溫狀態下會產生相互作用，形成新的加密模態。

熱致變色鈣鈦礦微膠囊的結構示意圖及四模態變化過程

相比于雙刺激響應的三模態材料，本研究中實現的四模態材料減少了數據冗余，提高了加密安全性和信息存儲密度。通過將熱致變色鈣鈦礦微膠囊與其他顯示材料結合使用，可以實現對圖案、數字、字母等各類復雜信息的多級加密和解密功能。

熱致變色鈣鈦礦微膠囊的信息加密應用

此外，該團隊還針對性地設計了一套以熱致變色鈣鈦礦微膠囊為“密鑰”的多級信息加密系統。在操作口令的驅動下，采集設備將測定不同狀態下微膠囊的CIE-Lab值，并將信號轉化成與之對應的ACSII碼，最終根據密碼簿中ACSII碼與字母的對應關系獲得真實信息。

本研究通過微膠囊封裝技術制備了一種很有應用前景的高密度信息存儲材料。后續將進一步對不同種類的刺激響應材料進行設計組合，有望獲得具有更多模態變化的多刺激響應智能微膠囊材料，推動信息加密領域的高速發展，不斷提升信息存儲的安全性。

基于熱致變色鈣鈦礦微膠囊的多級信息加密設備

何睿副研究員和喻學鋒研究員為本文通訊作者，碩士研究生袁心如為第一作者。該工作得到了國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目、中國科學院青年創新促進會項目、廣東省自然科學基金項目等資助。

來源：中國科學院深圳先進技術研究院