科学研究

我院张健夫教授CEJ：变色龙启发的自适应光响应聚氨酯薄膜用于动态安全的多维“阅后即焚”加密

于2025-02-20录入

我院张健夫教授CEJ：变色龙启发的自适应光响应聚氨酯薄膜用于动态安全的多维“阅后即焚”加密

在当前快节奏的数字时代，大量信息在流通，使得区分真实数据和错误信息变得越来越困难。造假者和网络威胁的兴起加剧了人们对数据安全、信息不当处理和未经授权的数据篡改的担忧，给全球经济稳定、公众健康、社会凝聚力和国家安全带来了重大风险。通过将编码技术与材料科学相结合，设计出了针对安全数据存储的现代战略，加强了对于敏感信息的保护和保密性，成为了一个极具研究价值的课题。

近日，我院张健夫教授团队在期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了最新研究成果“Chameleon-inspired adaptive photoreactive polyurethane films for dynamic secure multidimensional “burn-after-reading” encryption”。 受变色龙皮肤快速变色的启发，基于自愈合和可回收特性的丙烯酸酯改性水性聚氨酯（POU），通过扩链合成和物理混合两种方法引入官能团异构的二羟基萘或二氨基萘，合成兼具自修复、酸碱响应荧光和光致变色功能的聚氨酯材料。实现了荧光、光致变色、光漂白和自修复多功能集成的信息加密材料，构建“阅后即焚”加密策略并与编码技结合成功实现了多维加密模式的应用，加强对敏感信息的保护并拓展了自修复材料在信息加密领域的应用。我院2022级硕士研究生白伟为论文第一作者，张健夫教授为论文通讯作者。

图1. 变色龙启发的 POU 加密材料的设计和运行示意图： (a) POU 结构和网络结构的卡通表示。(b) 动态变色行为的基本过程和机制。(c) 用于安全数据加密的 “阅后即焚”策略的基本原理和过程。(e) 基于 POU 材料的多维信息加密模块。

如图1所示，合成了一系列具有不同刺激响应特性的多功能聚氨酯材料，这些材料对外界刺激可以迅速反应，通过设计将“阅后即焚”加密策略和多维编码相结合，实现了高安全性的信息加密。

图2. (a) 信息书写和擦除示意图。(b) 在酸性（盐酸）和碱性（NaOH）刺激下，POU-(s)-1,5-H 薄膜上的信息书写和擦除。(c) 利用光致变色反应书写和擦除信息的示意图。(d) POU-(m)-1,8-A 薄膜在紫外线照射下书写和擦除二维码的光致变色反应。 (e) 标签附着示意图。(f) 制作 POU-(m)-1,5-A 薄膜标签并将其粘贴到表面。

如图2所示，巧妙利用二羟基萘薄膜的酸碱刺激可调荧光特性以及二氨基萘薄膜的光致变色和光漂白性能，成功构建了一套信息书写与擦除读取系统。在此基础上，设计并制备了基于的变色字母阵列存储模式，同时受中国传统八卦图的启发，借助材料独特的动态发光特性，打造出基于八卦图承载的加密信息系统（图3）。图4通过聚氨酯的自修复性能将具有酸碱响应、光致变色的材料相结合，采用“阅后即焚”的加密策略，构筑存储更多信息的多维度信息加密模块，为信息安全领域带来新思路。

图3. (a)字母阵列储存模式示意图。(b) 基于 POU-(s)-1,5-H 的酸刺激荧光增强和 POU-(m)-1,8-A 的光致变色特性的字母阵列存储模式。(c) “八卦图 ”模式示意图。(d) 使用 POU 薄膜构建的 “八卦图 ”的加密和解密。

图4. (a) 三维信息平面和拼图示意图。(b) 具有 (ⅰ-ⅲ) 个不同切割平面和扩展的三维信息平面和魔方的物理表示。(c) 具有 (ⅰ-ⅲ) 不同切割平面和扩展的 C 平面解密图。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159316

人物简介：

张健夫，长春理工大学化学与环境工程学院教授，博士生导师，吉林省“长白英才青年英才”。从事功能高分子膜材料研究，具体包括以下研究方向：破乳诱导快速固化方法制备高分子材料；高分子材料折射率调控及其功能化。原创性地提出破乳诱导快速固化概念，并将其发展成为制备功能膜材料的方法。共发表SCI论文20余篇，以第一发明人授权国家发明专利12件。担任Adv. Mater.和Adv. Funct. Mater.等期刊审稿人。中国化学会高级会员，国内外多家学术期刊（如：eScience、PROG NAT SCI-MATER、Clean Mat、稀有金属等）青年编委。

初审：张健夫

复审：王天奇

终审：王 爽