隱形墨水?信息加密?厲害了,我的天!

2021-02-08 騰訊網

近日，天津大學材料學院封偉教授團隊製備出具有自保護超長室溫磷光性能的氟氮雙摻雜碳量子點（FNCDs）。該研究成果於 2018 年 7 月 25 日以「Self-protective Room-Temperature Phosphorescence of Fluorine and Nitrogen Co-doped Carbon Dots」為題在線發表在 Advanced Functional Materials 雜誌上，論文第一作者為博士生龍鵬。（論文連結：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201800791)

這種氟氮雙摻雜碳量子點表現出優異的螢光pH穩定性和自保護室溫磷光pH響應性，其室溫磷光壽命在強鹼性環境下達到 1.21 秒。用氟氮雙摻雜碳量子點的水分散液製備的墨水可以通過商業噴墨印表機將設計的複雜圖案、文字等加密信息列印在濾紙上，待其乾燥後在紫外燈下發射出強烈的固態藍色螢光，移去紫外燈後會發射出自保護綠色磷光。因此，基於氟氮雙摻雜碳量子點隱形墨水可被應用於信息記錄/讀取、防偽和隱寫術領域。同時，這種雙元素共摻雜技術為室溫磷光材料的設計和應用提供了新思路。

室溫磷光碳量子點具有高光穩定性、低毒性、生物相容性好、低能耗的製備過程等優勢，使其在高信息安全領域具有非常潛在的應用價值。特別是自保護的室溫磷光碳量子點有以下幾點優勢：

1、無需考慮基質輔助的氧隔離層就可以實現室溫下高效磷光發射；

2、外界刺激可以直接作用於裸露的碳量子點，有利於設計具有外界刺激響應性的磷光傳感器；

3、可以通過噴墨列印技術實現複雜的圖案設計；

4、磷光性能可以實現時間維度和空間維度的高安全信息保護。

但是目前報導的絕大多數基於碳量子點的室溫磷光材料中，需將碳量子點嵌入到基質中才能獲得室溫磷光發射現象。如何實現碳量子點的自保護磷光性能仍然存在巨大挑戰。

據了解，發光隱形材料，特別是室溫磷光材料，具有長發光壽命和獨特的單線態-三線態躍遷等優異特徵，且其磷光發射可以消除短壽命的螢光和光散射背景，能起到非常顯著的加密效果，是光子加密信息的重要載體。其在信息安全領域廣泛應用，具有非常高的經濟價值，因而引起了科學家的極大研究興趣。

氟氮雙摻雜碳量子點及其在信息安全中的應用

天津大學封偉團隊長期致力於氟化碳納米材料的開發，近年來在氟化碳納米管（Chem. Eng. J., 2018, 349 756; J. Power Sources, 2011, 196, 2246; Electrochim. Acta, 2013, 107, 343）、氟化石墨烯（Adv. Sci., 2016, 1500413; Chem. Commun., 2018, 54, 2727; J. Mater. Chem. C, 2018,6, 6378; Carbon, 2017, 116, 338; J. Power Sources, 2016, 312, 146; Nanoscale, 2014, 6, 2634; J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 23095）和氟化碳量子點（Adv. Funct. Mater., 2018, ; ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 43, 37981; RSC Adv., 2017, 7, 2810; Nanoscale, 2014, 6, 13043）等材料的研究和設計上取得了一系列的原創性成果。

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