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[交大智慧]上海交大李良团队成功研发可反复加密解密的隐形墨水[图]
Nature主页highlight,Science转载报道
[发布时间]: 2017年11月01日
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[责任编辑]: 李芃 孙佳

[编者按]一百多年来,交大人用知识和智慧创造累累硕果,谱写了近现代史上的诸多“第一”。这是人才培养的智慧、科学研究的智慧、服务社会的智慧、为国争光的智慧。新闻网特推出“交大智慧”专栏,聚焦交大人的智慧之光,展现交大人为国家发展和社会进步作出的重大贡献。

提起“隐形墨水”,人们首先会想到谍战片里用来传递情报的特工,用特殊的方式让秘密消失或复原。然而传统的隐形材料最大的缺点在于安全性不够好。11月1日,国际学术期刊《自然》(Nature)子刊《自然-通讯》(Nature Communications)在线刊登了上海交通大学环境科学与工程学院李良课题组的最新研究成果:一种基于金属有机骨架(MOFs)的隐形墨水用于信息加密。这一研究获得了一种“新型隐形墨水”,可实现反复加密、解密。在当今信息爆炸的时代,海量的信息、数据给人们的工作和生活提供了极大的便利,但也带来了巨大的安全隐患。尤其是如何对机密信息进行安全地存储和保护仍然是一项很大的挑战。该研究通过化学反应和溶剂处理可以直接在MOFs中可逆地产生和淬灭荧光钙钛矿纳米晶,从而可以实现机密信息的反复存储和保护应用。这是环境学院李良课题组继JACS(2015, 137, 12430–12433; 2016, 138, 5749–5752)和Angewandte Chemie(2017, 56,8134 –8138)等成果后在量子点研究领域又一创新性突破。    

量子点稳定性试验中的意外发现

量子点具有优异的光电性能,在照明、显示、生命科学、太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。然而量子点的稳定性是影响其发展的关键因素之一。针对荧光量子点的稳定性问题,李良团队在前期工作中提出了Al掺杂自钝化量子点,和在“无水”环境对量子点进行二氧化硅、硅铝复合氧化物包覆的方法,都取得了成功。课题组张从阳在进入李良实验室攻读博士之前,主要研究金属-有机骨架(MOFs),原本是尝试将MOFs对量子点进行包覆,从而提高其稳定性。然而实验思路遇到瓶颈,在实验过程中却有了意外的收获。他偶然发现将MOFs直接作为反应前体来同时提供金属离子和限域模板,通过与卤化盐反应,可以直接转化产生强荧光的钙钛矿纳米晶。意外的发现让人惊喜,课题组也在思索,这种新的合成方法能如何运用呢?    

带着好奇和兴趣深入探索

交叉学科背景让科学起了奇妙的化学反应,起初只是一种简单的合成方法,具体怎么用还要用好奇和兴趣继续探索。    

导师李良长期从事半导体纳米晶合成化学及半导体纳米晶在新能源、照明显示以及环境污染物治理中应用的研究工作。他熟知,在信息安全领域,荧光染料、配合物、量子点等使用广泛,它们主要运用在光、电、机械力等外界刺激下会发生荧光的变化实现光学信息的存储和防伪等应用。但是大部分此类材料的缺点在于由于自身光学性能的原因,导致其安全保密性相对较低。李良大胆设想,新的合成方法也许能解决这个问题。用于转化反应的MOFs本身无荧光也不吸收光,不受外界刺激(如光激发)的影响,很好地满足了隐形性和安全性的要求。沿着这个思路,张从阳在后续实验中利用喷墨打印机,在墨盒里装上了以MOFs前驱体配制的墨水进行打印,即将MOFs用作隐形墨水通过喷墨打印等印刷手段进行信息存储和加密。由于MOFs良好的安全性能,所记录的信息无法通过常规手段读取出来。然后对其进行卤化盐反应,MOFs中很快产生荧光钙钛矿纳米晶,即完成信息读取和解密过程。同时,由于钙钛矿材料的离子特性,在极性溶剂(如甲醇)处理之后,所产生的荧光钙钛矿纳米晶可以很快淬灭,并直接可以再次用于新的转化过程。值得一提的是,由于MOFs具有很好的化学稳定性,直接用MOFs记录的信息可以长期存储,用来重复解密和加密。至此,新的加密解密隐形墨水正式宣告成功。    

论文链接https://www.nature.com/articles/s41467-017-01248-2

 

[作者]: 张从阳 
[摄影]:
[供稿单位]: 环境科学与工程学院
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