材化学院刘俊秋教授团队AdvancedFunctionalMaterials上发表配体诱导的数字可编程光致变色CdS材料实现双模光打印和信息加密

来源：杭州师范大学时间：2024-10-06 16:32:24

近日，材化学院刘俊秋教授团队在光致变色材料领域取得新进展，相关研究成果以题为“Ligand-Induced Digital Programmable Photochromic CdS Materials Toward Dual-Mode Light-Printing and Information Encryption”发表于国际知名期刊Advanced Functional Materials（IF=19.0）上。

随着信息技术的快速发展，尤其是5G通信、大数据和物联网的兴起，信息安全问题变得日益突出。公众对于信息加密和防伪技术的关注度不断提高，以应对信息爆炸式增长带来的挑战。在众多前沿解决方案中，荧光材料因其易于设计、视觉可识别性和多样化的调控策略而备受关注。然而传统荧光材料的发光模式单一，能够提供的信息编译模式有限，信息加密安全性不足，开发新型的加密和防伪技术成为了一个迫切的课题。

针对上述问题，刘俊秋教授团队成功构建了一种光致变色硫化镉量子点（CdS QDs）。通过对配体库的筛选，实现了量子点对单一触发源的多重视觉响应。该材料在紫外光照射下表现出独特的光致变色和荧光现象。研究团队验证了CdS QDs材料在不同固态基底上紫外光照射擦写性能，并在凝胶基质中实现了双模式加密功能，为信息加密以及累积和交互式信息保护开辟了新的途径。此外，将CdS QDs作为3D打印墨水，通过控制墨水中的氧化还原过程调节光致变色速率，发展了颜色随时间演变的可数字编程智能材料。

实验结果表明，CdS QDs在紫外光照射下会发生从黄色到黑色的颜色转变，并且伴随着光致荧光发射的红移。这一现象归因于光激发引起的电子-空穴对的生成，以及随后的表面配体解吸和QDs的聚集。研究人员通过TEM，FTIR，XPS等表征技术，初步揭示了CdS QDs在紫外光照射过程中的发生的一系列微观结构变化和化学组成变化。

CdS QDs可负载在不同基底（如纤维素纸、水凝胶和棉布）上，利用紫外光照射印刷，基于量子点的光致变色实现了精美的图案化。更进一步，同时利用其光致变色和荧光发射特性，负载在凝胶基质中的CdS QDs展现出双模态的信息加密功能。在高功率紫外光照射印刷后，材料显示光致变色图案，该图案在环境氧气作用下逐渐消退回复至初始状态；随后在低功率紫外光照射下，由于照射前后量子点的荧光发射发生改变，可以显示隐藏加密信息。

研究人员提供一个双模信息加密的二维码实例，展示了如何使用光打印技术在水凝胶表面编码信息。在典型环境光照条件下，水凝胶保持透明，隐藏了信息。在紫外光照射下，荧光二维码变得可见，可以通过智能手机扫描来检索加密信息。并且，上述双模态信息加密材料可进行多次重复擦写，每次擦写过程中均可体现两种模式下的加密特征。单次光打印后，材料可即时显示与打印结构对应的可消退光致变色图案；然而，多次光打印后，紫外显影的荧光图案呈现为多次光照图案的叠加，表现出明显的累积效应，为交互式信息加密奠定了基础。