Advanced Functional Materials:荧光液晶弹性体用于多重信息存储与加密

随着信息科学的飞速发展,信息安全问题受到人们越来越多的关注。开发具有按需存储和加密信息功能的智能材料具有重要意义。液晶弹性体(LCE)在外部刺激下表现出可逆、复杂和可编程的形状变化,是实现数据存储和加密的优异材料之一。然而,基于变形的液晶弹性体在存储与加密数据时仍面临数据存储量小、解密过程简单等问题。开发具有可逆的更加安全的信息存储与加密功能的功能材料,仍然是具有挑战性的。

鉴于此,北京化工大学郭金宝教授课题组报道了一类通过协同使用可重写荧光图案和可重构3D形状来实现多重信息存储与加密功能的荧光液晶弹性体。在紫外光/可见光的交替照射下,由于荧光分子的可逆Z/E异构化,在LCE薄膜上可多次写入和擦除荧光信息。通过控制紫外光辐照区域编程液晶薄膜的形状变化,在加热时可以触发多种形变并实现3D信息存储。利用紫外光照下荧光强度和形状的协同变化,在LCE膜上写入了隐藏信息,该信息可以在紫外光下和加热时逐步被解密,从而实现了多维信息存储与加密。这项工作为开发多功能加密材料提供了新的思路。

研究者设计并合成了基于α-氰基二芳基乙烯的荧光分子开关DPPTA,并进一步将荧光分子与质子供体组装制备了氢键复合物DPPTA-AHBA。该荧光分子及其氢键复合物在紫外光/可见光照射下发生可逆的Z/E光异构化,并伴随着荧光强度的较大变化。

图1 氰基取代二芳基乙烯基氢键复合物的制备与表征

通过共聚的方法将氢键复合物和偶氮苯衍生物与液晶弹性体网络相结合,制得了荧光液晶弹性体薄膜。由于荧光分子的光异构化,荧光液晶薄膜的荧光强度随着450 nm光照射时间的增加而逐渐减弱,并在365 nm紫外光照射下逐渐回复。利用荧光液晶薄膜的可逆荧光调控性能,在LCE薄膜上可逆的写入了“Bye 2020”和“Hello 2021”荧光信息。

图2 荧光液晶弹性体用于光可重写荧光图案的应用展示

在紫外光的照射下,由于偶氮苯衍生物的反式到顺式异构化,液晶分子的取向被破坏。通过将薄膜固定在玻璃基板上,取向变化产生的应力隐藏在液晶薄膜中,从而可以编程液晶薄膜的变形行为。液晶薄膜在加热时由于聚合物网络内部的应力被释放而按需变形。在450 nm蓝光照射下,偶氮苯衍生物发生顺式到反式异构化,导致形变消除。通过在不同光掩膜下光照来编程液晶薄膜的形状变化,在加热时可以触发多种形变并实现3D信息存储。

图3 不同掩模光照预处理后加热触发的荧光LCE的不同形状变形行为

利用紫外光照下荧光强度和形状的协同变化,在手形液晶薄膜上可逆的写入了隐藏信息“LC”和“FL”,这些信息可以在紫外光下和加热时逐步被解密,进而实现了多维度的信息存储与加密。

图4 用于多级和多维数据存储和加密的荧光液晶薄膜

北京化工大学材料学院博士生高京京为第一作者;郭金宝教授为通讯作者。本研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。

文章信息:

Multidimensional-Encryption in Emissive Liquid Crystal Elastomers through Synergistic Usage of Photorewritable Fluorescent Patterning and Reconfigurable 3D Shaping

Jingjing Gao, Meng Tian, Yanrong He, Huijie Yi, Jinbao Guo*

Advanced Functional Materials

DOI:10.1002/adfm.202107145

文章链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202107145