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        可反復(fù)加密解密的隱形墨水

        2017-12-27 07:15:56賀梨萍
        科學(xué)中國(guó)人 2017年31期
        關(guān)鍵詞:含鉛鈣鈦礦解密

        賀梨萍

        可反復(fù)加密解密的隱形墨水

        賀梨萍

        機(jī)密信息傳遞過程中使用隱形墨水并不新鮮。上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院特別研究院李良實(shí)驗(yàn)室最新的一項(xiàng)研究則獲得了一種“新版隱形墨水”,其最大特點(diǎn)在于可實(shí)現(xiàn)反復(fù)加密、解密。相關(guān)成果于11月1日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)子刊《自然·通訊》(Nature Communications)上。

        李良表示:“原來的隱形材料或者保密材料,只是說打印出來或者寫出來你看不到它,但只要用紫外燈一照或者受其它普通因素影響,你就能看到它,但普通的解密方法對(duì)我們的成果都無效。”

        李良認(rèn)為,除保密安全性低之外,傳統(tǒng)隱形材料的另一個(gè)缺點(diǎn)在于不能反復(fù)使用?!氨热缯f我傳給你一個(gè)信息,你不想破壞這個(gè)信息又想保留它,那我們這種方法只要噴一層酒精就不顯示,后續(xù)你噴上鹵鹽又可以繼續(xù)看到?!崩盍夹稳葸@個(gè)可以反復(fù)循環(huán)的過程為“就像魔術(shù)一樣”。

        初衷是提高量子點(diǎn)穩(wěn)定性

        提到這項(xiàng)最新的研究成果,李良直言:“確實(shí)比較巧妙,我們本來是想保護(hù)鈣鈦礦量子點(diǎn)的發(fā)光性能,但意外發(fā)現(xiàn)另外一個(gè)應(yīng)用不需要它這么穩(wěn)定?!?/p>

        量子點(diǎn)電視成像系統(tǒng)

        量子點(diǎn),英文名為Quantum Dot,是一種前沿的納米級(jí)別的半導(dǎo)體材料,晶粒直徑在2~10納米之間,在太陽能電池、晶體管、生物醫(yī)學(xué)標(biāo)記等諸多應(yīng)用中都具有較好的前景,是最優(yōu)秀的發(fā)光材料之一。其中鈣鈦礦量子點(diǎn)又是近年來涌現(xiàn)的新熱點(diǎn)。

        最新這篇論文的第一作者張從陽博士表示:“鈣鈦礦量子點(diǎn)作為一種熒光材料,可以用在顯示行業(yè)中,比方說電視機(jī)、平板電腦等的顯示屏幕。我們現(xiàn)在用的都是液晶顯示屏幕,如果改用量子點(diǎn)作為發(fā)光材料的話,那顯示屏的色閾值就會(huì)有效提高?!敝庇^來說,相比于液晶顯示屏,量子點(diǎn)顯示屏顏色將更加飽滿鮮艷。

        然而,現(xiàn)階段的鈣鈦礦量子點(diǎn)用于背光顯示還存在致命缺陷,也就是穩(wěn)定性不夠好,隨之產(chǎn)生使用壽命短等問題。張從陽說:“現(xiàn)在很多公司已經(jīng)在做這個(gè)事情,先把量子點(diǎn)用起來,比如說三星已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化了,但現(xiàn)階段量子點(diǎn)顯示屏都很貴?!?/p>

        據(jù)張從陽介紹,為了維持穩(wěn)定性,現(xiàn)有技術(shù)通常就是把量子點(diǎn)夾在兩層保護(hù)膜中間,這兩層保護(hù)膜就起到隔絕空氣、水等作用,但這個(gè)保護(hù)膜現(xiàn)在完全依賴進(jìn)口,國(guó)產(chǎn)還實(shí)現(xiàn)不了,價(jià)格十分昂貴。

        “我們課題組一直在做的就是怎么樣提高量子點(diǎn)本身的穩(wěn)定性。如果在不影響熒光性能的前提下,(量子點(diǎn))本身就很穩(wěn)定,那就不需要這個(gè)保護(hù)膜了。”張從陽說。

        按照李良和張從陽原本的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),是通過MOFs來包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)納米晶體(NCs),以此來提高鈣鈦礦納米晶體的穩(wěn)定性。但具體實(shí)施時(shí),“卻發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)現(xiàn)象,就是MOFs加了一種鹵鹽,即溴化鉀之后一下子就變亮,也就是能得到我們需要的量子點(diǎn),但并沒有很好地提高它的穩(wěn)定性”。

        李良強(qiáng)調(diào),他和張從陽的交叉學(xué)科背景是碰撞出后續(xù)火花的關(guān)鍵。

        失敗后的巧妙轉(zhuǎn)折

        張從陽在原本實(shí)驗(yàn)思路之下走進(jìn)了死胡同,“試了很久還是失敗了”,但同時(shí)得出了一個(gè)驚訝的發(fā)現(xiàn)?!扳}鈦礦納米晶含鉛,我們就想到,MOFs也是一種金屬—有機(jī)骨架,那是不是可以做一種含鉛的MOFs,用它來作為含鉛鈣鈦礦納米晶的原材料,或者是指反應(yīng)的前體。結(jié)果發(fā)現(xiàn),加入鹵鹽之后可以讓MOFs里面直接反應(yīng)產(chǎn)生一些含鉛鈣鈦礦納米晶,這相當(dāng)于是開發(fā)了一種新的鈣鈦礦納米晶合成方法。”

        傳統(tǒng)隱形材料

        起初張從陽僅僅只是獲得了一種合成方法。“相比于其它合成方法,這個(gè)方法的優(yōu)勢(shì)就是合成比較快,但具體怎么利用這個(gè)優(yōu)點(diǎn)(我們)還沒有想到?!?/p>

        但李良提到,“如果前體材料無色且能打印就好玩了?!盡OFs本身無熒光也不吸收光,不受光激發(fā)等外界刺激的影響,能很好地滿足隱形性和安全性的要求。

        “加了無毒常見的鹵鹽之后能變成可以發(fā)光的鈣鈦礦納米晶,鈣鈦礦納米晶又很不穩(wěn)定,噴點(diǎn)甲醇或者乙醇等極性溶劑,熒光就淬滅了。繼續(xù)噴鹵鹽,還會(huì)顯色,可以反復(fù)循環(huán)?!?/p>

        基于這種想法,張從陽在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中直接把M O F s用來作為記錄機(jī)密信息的載體,通過打印的方式印在紙上,噴上鹵鹽就可以迅速地產(chǎn)生熒光鈣鈦礦納米晶,印有信息的地方就產(chǎn)生熒光,信息就被讀出來,也就是完成了解密過程。隨后,只需要采用極性溶劑處理一下,熒光就能被淬滅。而負(fù)載在M O Fs里面的鈣鈦礦熒光納米晶本來就很少,但因熒光性能足夠好,只要少量即可起到解密信息的作用。熒光淬滅之后可以繼續(xù)加鹵鹽解密,隨后再淬滅加密,也就是形成所謂的解密加密反復(fù)循環(huán)。

        信息儲(chǔ)存及解密過程示意圖

        自此,一種自帶加密、解密開關(guān)的新型隱形墨水就這樣意外獲得。

        不過,研究最后還考慮到了含鉛材料的毒性。李良解釋道:“鈣鈦礦納米晶材料這個(gè)領(lǐng)域才發(fā)展了三四年,一開始做的都是含鉛的,我們課題組主要是去做一些應(yīng)用,并不涉及去改變材料本身的元素。當(dāng)時(shí)啟動(dòng)這項(xiàng)研究的時(shí)候還沒有無鉛的材料,后來才有一些文章發(fā)出來,提到可以用鉍等材料來替換鉛,一樣能發(fā)光?!?/p>

        李良強(qiáng)調(diào):“我們并沒有從頭再來,因?yàn)槲覀兊闹攸c(diǎn)是提供一種可以反復(fù)加密、解密的方法,含不含鉛并不是重點(diǎn),沒有鉛也一定能做出來?!?/p>

        (內(nèi)容來源于澎湃新聞,有刪節(jié)。)

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