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研究背景

有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化分子鐵電材料是一類新興的材料，因其在能量采集、自供電機(jī)械傳感、信息安全等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而備受關(guān)注。這些材料將有機(jī)陽(yáng)離子的優(yōu)點(diǎn)與無(wú)機(jī)陰離子框架的優(yōu)勢(shì)特性結(jié)合，在分子層面實(shí)現(xiàn)多功能性。與傳統(tǒng)的壓電陶瓷材料（如鈦酸鉛（PZT）和鈦酸鋇（BTO））相比，有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化分子鐵電材料具有室溫低成本合成、結(jié)構(gòu)可調(diào)和生物相容性等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。然而，這些材料在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著固有的脆性和較差的延展性等問(wèn)題，這嚴(yán)重制約了其在柔性電子器件中的應(yīng)用。

成果簡(jiǎn)介

為了解決這一問(wèn)題，東南大學(xué)吳俊教授以及游雨蒙教授等人合作在《Science Advances》上發(fā)表題為“Flexible mechano-optical dual-responsive perovskite molecular ferroelectric composites for advanced anticounterfeiting and encryption”的最新論文。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了一種柔性機(jī)械-光學(xué)雙響應(yīng)的分子鐵電復(fù)合材料，將三甲基氯甲基銨（TMCM）–MnCl3摻入苯乙烯-乙烯-苯乙烯（SEBS）基體中，成功實(shí)現(xiàn)了在保持優(yōu)異壓電性和光致發(fā)光特性的同時(shí)，顯著提高了材料的可拉伸機(jī)械性能。該復(fù)合材料的拉伸應(yīng)變超過(guò)1300%，厚度僅為30μm，展示了極佳的柔性和耐用性。

該研究利用復(fù)合材料的光學(xué)和力學(xué)響應(yīng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了視覺(jué)-觸覺(jué)融合的防偽和加密應(yīng)用。基于圖案識(shí)別和壓電響應(yīng)，開發(fā)了防偽和防篡改標(biāo)簽，用于判斷貴重物品是否為真品或是否被篡改。此外，研究人員還設(shè)計(jì)了三層加密的高安全性密碼鍵盤，相比傳統(tǒng)密碼設(shè)備，該鍵盤提供了524,288倍更多的密碼組合，并具有更強(qiáng)的防破解能力。通過(guò)這些創(chuàng)新，研究者成功地提高了多功能材料的性能，并為未來(lái)智能人機(jī)交互、信息安全和先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用提供了新的思路和解決方案。

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研究亮點(diǎn)

（1）實(shí)驗(yàn)首次將三甲基氯甲基銨（TMCM）–MnCl3摻入苯乙烯-乙烯-苯乙烯（SEBS）基體，成功合成了柔性機(jī)械-光學(xué)雙響應(yīng)分子鐵電復(fù)合材料（SEBS/TMCM-MnCl3）。該復(fù)合材料展示了優(yōu)異的可拉伸機(jī)械性能（拉伸應(yīng)變>1300%），并具有30μm的薄膜厚度，同時(shí)具備壓電性和光致發(fā)光特性。

（2）實(shí)驗(yàn)通過(guò)將TMCM-MnCl3納米材料與SEBS基體結(jié)合，形成了具有視覺(jué)和觸覺(jué)雙重響應(yīng)能力的復(fù)合材料，顯著提升了其在防偽和加密中的應(yīng)用潛力?；谠搹?fù)合材料的壓電響應(yīng)和圖案識(shí)別，成功開發(fā)了防偽和防篡改標(biāo)簽，能夠判斷貴重物品是否為真品或是否被篡改。

（3）實(shí)驗(yàn)還設(shè)計(jì)了具有三層加密的高安全性密碼鍵盤，與傳統(tǒng)僅依賴數(shù)字加密的設(shè)備相比，密碼組合數(shù)量增加了524,288倍，并顯著提高了防破解的安全性。這項(xiàng)研究為多功能光電材料的設(shè)計(jì)提供了新的思路，推動(dòng)了視覺(jué)-觸覺(jué)融合智能應(yīng)用在信息安全、人體界面及先進(jìn)機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展。

圖文解讀

圖1. 用于防偽和加密的 STMn 鐵電復(fù)合材料的系統(tǒng)和概念。

圖2. STMn 薄膜的制作和表征。

圖3. 光致發(fā)光和壓電特性。

圖 4. ACaT 標(biāo)簽。

圖 5. 具有三重加密功能的高安全性密碼鍵盤。

結(jié)論展望

本文通過(guò)將TMCM-MnCl3摻入SEBS基體，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性機(jī)械-光學(xué)雙響應(yīng)特性，這不僅拓寬了分子鐵電材料的應(yīng)用范圍，還為觸覺(jué)與視覺(jué)的融合應(yīng)用提供了新的思路。特別是在防偽和加密領(lǐng)域，結(jié)合壓電響應(yīng)和圖案識(shí)別的智能標(biāo)簽及高安全性密碼鍵盤的設(shè)計(jì)，展示了材料在信息安全和數(shù)據(jù)保護(hù)方面的巨大潛力。

此外，研究還指出，盡管當(dāng)前STMn薄膜的壓電性能（d33）相對(duì)較低，但通過(guò)優(yōu)化復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制備工藝和電極-復(fù)合材料界面，可以顯著提升其性能。這一發(fā)現(xiàn)為未來(lái)復(fù)合材料的性能優(yōu)化提供了明確的方向。

綜合來(lái)看，本研究為多功能材料的開發(fā)及其在智能界面、信息安全和先進(jìn)機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的理論依據(jù)和技術(shù)路徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。

文獻(xiàn)信息

Flexible mechano-optical dual-responsive perovskite molecular ferroelectric composites for advanced anticounterfeiting and encryption.

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/12/03/265ea81826/

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