在全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型與高端制造業(yè)升級的浪潮中，信息安全與防偽技術(shù)已成為守護(hù)工業(yè)產(chǎn)權(quán)、金融交易及數(shù)據(jù)隱私的核心屏障。聚合物材料憑借加工靈活、化學(xué)穩(wěn)定且可實(shí)現(xiàn)表面功能化的優(yōu)勢，成為構(gòu)建動態(tài)加密載體的理想選擇，其中透明聚合物薄膜因高透光性和視覺隱蔽性，在“隱形加密”領(lǐng)域獨(dú)具潛力。然而，傳統(tǒng)透明聚合物加密技術(shù)長期受困于多重瓶頸：加密后易出現(xiàn)不可逆透光損失、圖案形式單一且易被復(fù)制磨損，熒光等單一響應(yīng)模式難以適配多場景安全需求，激光加工雖為新方向，但高濃度光熱填料會破壞透明度、低濃度又無法觸發(fā)多階段響應(yīng)，且普遍缺乏應(yīng)對非法解密的主動自毀機(jī)制，嚴(yán)重制約了其在高安全領(lǐng)域的應(yīng)用。
本研究解決了透明聚合物在信息加密領(lǐng)域的關(guān)鍵局限性，即不可逆透光性損失、圖案形式單一以及缺乏主動安全機(jī)制。與依賴有害紫外光激發(fā)（會導(dǎo)致光漂白）且需多步合成的傳統(tǒng)熒光加密技術(shù)不同，該策略可實(shí)現(xiàn)無掩模單步制備，并具備主動自毀功能。通過首創(chuàng)的激光能量可編程方法，在單一透明基底上集成連續(xù)3D到顏色梯度圖案化與動態(tài)加密功能，并以此建立了兩種先進(jìn)的信息加密范式。
2025年10月28日，該研究以“Laser-Programmed 3D Gradient Architectures in Transparent Polymer Films for Dynamic Information Encryption and Anti-Counterfeiting”為題發(fā)表在國際高水平期刊《Advanced Functional Materials》。論文第一作者為常州大學(xué)研究生侯姝宇，常州大學(xué)劉春林教授、成駿峰教授為共同通訊作者。常州大學(xué)為第一通訊單位。
本文的主要突破如下：
1. 多維度調(diào)控
經(jīng)超低濃度碳納米管（50 ppm）與一水葡萄糖（4 wt%）協(xié)同摻雜的聚乙烯醇（PVA）復(fù)合材料，可實(shí)現(xiàn)激光能量閾值可控的相變，同時(shí)保持> 60% 的可見光透過率。
通過激光能量密度的增強(qiáng)可依次觸發(fā)以下過程：
（1）晶界散射實(shí)現(xiàn)二維半透明白化（ΔE = 3.04-14.96）；
（2）三維乳白色發(fā)泡，高度差達(dá) 1162 μm（體積膨脹率 465%）；
（3）梯度碳化（從焦黃色到棕色，ΔE = 26.66-42.98）。
關(guān)鍵在于，通過多尺度表征（X 射線光電子能譜、X 射線衍射、拉曼光譜、傅里葉變換紅外光譜、氣相色譜 - 質(zhì)譜聯(lián)用）系統(tǒng)闡明了三維圖案的形成機(jī)制，同時(shí)進(jìn)行了逐步機(jī)理分析。這一設(shè)計(jì)通過在單一透明平臺中集成從納米到毫米級的結(jié)構(gòu)調(diào)控、動態(tài)顏色調(diào)節(jié)與觸覺反饋，超越了傳統(tǒng)激光打標(biāo)技術(shù)。
圖1.（a）示意圖展示聚乙烯醇/碳納米管/一水合葡萄糖（PVA/CNTs/C6H12O6·H2O）復(fù)合薄膜在激光照射下的光熱轉(zhuǎn)換、白化、發(fā)泡及碳化階段機(jī)制；（b）在聚乙烯醇復(fù)合薄膜上制備的三維圖案。
2.動態(tài)加密模式
（1）水觸發(fā)隱藏/激光解密：可逆結(jié)晶特性可實(shí)現(xiàn)水驅(qū)動擦除（透光率恢復(fù)率>95%），而二次激光照射可形成“不透明背景/透明信息”的解密效果。
（2）雙激光閾值加密：亞閾值能量（透光率變化<5%）可實(shí)現(xiàn)隱形書寫；近臨界二次照射會觸發(fā)局部發(fā)泡/碳化，從而實(shí)現(xiàn)選擇性顯影。
（3）主動自毀安全機(jī)制：超閾值能量通過發(fā)泡/碳化不可逆地破壞數(shù)據(jù)，為防范未授權(quán)解密提供故障安全保護(hù)。上述所有動態(tài)加密過程均配有視頻記錄作為佐證。
圖2. 聚乙烯醇復(fù)合薄膜信息加密過程示意圖：（a）水觸發(fā)隱藏/激光解密；（b）雙激光閾值加密。
3. 實(shí)際應(yīng)用
無掩模單激光加工可制備出具有微米級精度/毫米級高度結(jié)構(gòu)的高安全性特征（如3D 盲文、二維碼）。該材料經(jīng)測試展現(xiàn)出優(yōu)異穩(wěn)定性，可耐受100次以上磨損、50次以上彎折，且能在90℃環(huán)境下穩(wěn)定存放24小時(shí)。這一技術(shù)填補(bǔ)了透明基底加密從概念到實(shí)際應(yīng)用的空白，可用于防偽、物聯(lián)網(wǎng)傳感器及國防領(lǐng)域。
圖3.（a）中文盲文“你好”的實(shí)物圖與3D共聚焦顯微鏡圖像；（b）二維碼加密過程：（b1）信息輸入，（b2）水浸泡后隱藏，（b3）二次照射后解密圖案；（c）經(jīng) 100 次往復(fù)摩擦循環(huán)、50 次循環(huán)彎折測試及 90℃下 24 小時(shí)熱老化后，白化、發(fā)泡及碳化圖案的照片。
論文鏈接：http://doi.org/10.1002/adfm.202523657
下載：論文原文。
