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电子科大王东升/郑永豪课题组 AFM:基于DASAs和SPs的光编程加密
2024-02-28  来源:高分子科技

  信息安全的研究和实践是社会和经济活动的基石,直接关系到个人、社会、国家和全球的稳定和繁荣。信息加密是增强信息安全的一种典型而重要的手段。随着科技的发展,传统的加密方法在面对日益复杂的安全威胁时显得力不从心,存在着一定问题需要克服。首先,当前的加密方法逻辑简单,不具备欺骗性,破解难度与成本较低;其次,针对光敏加密材料,由于光敏分子在固体状态下的堆积作用,固体光敏材料的光致变色性能受限,影响了加密材料的隐藏与显示。因此,提升固体光敏材料的光致变色性质,开发具有复杂功能的、更加安全的加密材料是紧迫而必要的。


1 (a)DASAsSPs的分子结构和异构化示意图;(b)三种刺激示意图;(c)输入-输出关系示意图


  给体-受体斯坦豪斯加合物(DASAs)的负向光致变色与螺吡喃(SPs)的正向光致变色在光学性质和激发条件上具有互补性,具有实现光编程加密材料的潜力。DASAsSPs的异构化可由紫外光、可见光和热刺激控制,通过控制输入刺激序列,可以实现不同的信息输出。 


2 DASAsSPs在溶液中的光谱和异构化特性


  通过研究与对比DASAsSPs在溶液中(图2)和纸张表面(图3)的光谱和异构化特性,优选出了可用于光编程加密的分子组合D2SP2。该组合在溶液中和纸张表面均表现出了优异的光致异构化性能和颜色匹配度,满足实现可编程加密的应用条件。 


3 DASAsSPs在纸张表面的光谱和异构化特性


  基于D2SP2的可编程加密材料在溶液体系中得到了验证,但是考虑到实际的应用场景,通过含酯基分子对可编程加密的应用进行了进一步的优化。该课题组在先前的工作中(Chem. Eng. J.2022450, 138090),发现含酯基分子可以促进DASAs在固体状态下的光致异构化过程。酯基环境促进了DASAs分子内的质子转移过程,有利于cyclic DASAs的形成。在该项工作中,该课题组基于DASAsSPs在酯基环境中的异构化速率和热平衡转化率,选择合适的含酯基分子为进一步的应用创造合适的环境。


  利用商用喷墨打印机可以将加密信息记录在处理过的纸张表面,通过合理的设计可以实现不同类型的信息加密。从图4中可以看到,在输入不同的刺激编码时,信息显示的过程和最终的输出结果是不同的。这就意味着只有在输入正确的刺激编码时,才能得到加密的信息,否则只能得到伪造的信息。 


4 可编程加密在不同场景中的应用实现


  该工作基于DASAsSPs独特的光致变色特性,开发了一种动态光编程加密材料,加密信息以字符、文本和数字的形式被记录在纸张表面,可以有效提高信息的安全性和保密性,这项技术的提出可以为信息安全领域的发展提供新的思路和方法。该工作以《Programmable encryption based on photochromism of spiropyrans and donor-acceptor Stenhouse adducts》为题发表在Advanced Functional Materials上。电子科技大学硕士研究生高昂和博士研究生孙梵熙为该论文第一作者,电子科技大学王东升教授、韦晨教授和郑永豪教授为通讯作者。电子科技大学光电科学与工程学院为论文第一单位。该项工作得到了国家自然科学基金委和四川省科技厅的共同支持。


  论文信息:Programmable encryption based on photochromism of spiropyrans and donor-acceptor Stenhouse adducts 

  Ang Gao#, Fanxi Sun#, Yongli Duan, Yuxin Zhang, Xilin Liu, Tianbao Liu, Yinghao Ji, Qinyu Wu, Xu Deng, Yonghao Zheng*, Chen Wei*, and Dongsheng Wang*

  Advanced Functional Materials

  DOI: 10.1002/adfm.202316457

  原文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202316457 

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