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  在信息爆炸的時(shí)代，如何守護(hù)秘密？傳統(tǒng)加密技術(shù)如同刻在石板上的文字，一旦成型便難以更改，且易被窺探復(fù)制。無(wú)論是依賴單一紫外光變色的“一次性”密碼，還是靜態(tài)的熱敏圖案，都難以滿足動(dòng)態(tài)、高安全、可穿戴場(chǎng)景的需求。受中國(guó)古老活字印刷的“模塊重組”智慧與自然界變色龍“光熱協(xié)同變色”奧秘的啟發(fā)，上海工程技術(shù)大學(xué)宋仕強(qiáng)團(tuán)隊(duì)融合前沿材料科技，成功研發(fā)出一種新穎的“光熱雙模態(tài)柔性聚合物陣列”，為信息加密領(lǐng)域樹(shù)立了新的范式，實(shí)現(xiàn)了時(shí)空可編程的多級(jí)動(dòng)態(tài)加密。這項(xiàng)突破，讓加密信息不僅能“瞬間變色”，還能“隨時(shí)間推移逐步顯現(xiàn)”，更能像活字一樣“現(xiàn)場(chǎng)重置”，甚至如皮膚般“柔性貼身”守護(hù)。

圖1. 動(dòng)態(tài)多級(jí)加密系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

  這種材料的創(chuàng)新之處在于光瞬變與熱時(shí)移的解密藝術(shù)，通過(guò)復(fù)刻了活字印刷的模塊化和變色龍的多層次響應(yīng)。“變色龍之膚”-紫外瞬變顯形：每個(gè)加密單元的表面，是一層由螺吡喃/螺吡嗪衍生物構(gòu)成的光致變色“皮膚”。當(dāng)特定紫外光照射時(shí)，這些分子在不到1.2秒內(nèi)發(fā)生高速開(kāi)環(huán)反應(yīng)，瞬間從“隱形”狀態(tài)（無(wú)色）轉(zhuǎn)變?yōu)轷r艷的紅色或藍(lán)色，裸眼即可讀取預(yù)設(shè)的圖案或密碼（如“027”）。更巧妙的是，其褪色時(shí)間可在40至70秒內(nèi)精準(zhǔn)調(diào)控，信息猶如設(shè)置了“定時(shí)自毀”，特別適合瞬時(shí)密鑰傳遞。經(jīng)過(guò)50次嚴(yán)苛的循環(huán)測(cè)試，其性能依然穩(wěn)定可靠；“活字之芯”-紅外時(shí)序解密：單元的核心則是一個(gè)垂直取向液態(tài)金屬（LM）/MXene納米復(fù)合材料導(dǎo)熱棒。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)“卷對(duì)卷”固化工藝，構(gòu)建出類似“磚塊與砂漿”般緊密互鎖的垂直微結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了液態(tài)金屬和MXene二維納米片的高導(dǎo)熱本性和優(yōu)勢(shì)，形成了高效的垂直熱通道，實(shí)現(xiàn)了高面外熱導(dǎo)率（5.56 W·m^-1·K^-1），遠(yuǎn)超傳統(tǒng)混合材料。關(guān)鍵在于，不同模塊的熱導(dǎo)率可以被精確設(shè)計(jì)在0.16至5.56 W·m^-1·K^-1的寬范圍內(nèi)。在均勻加熱環(huán)境下，高導(dǎo)熱模塊（如熱導(dǎo)率5.56的“熱字塊”）升溫快、降溫也快，而低導(dǎo)熱模塊（如熱導(dǎo)率0.16的“冷字塊”）則響應(yīng)遲緩。這種差異在紅外熱像儀下，會(huì)形成隨時(shí)間推移而動(dòng)態(tài)演變的溫度圖譜：初始可能顯示密碼“358”，隨著加熱持續(xù)，特定排列的高低導(dǎo)熱模塊組合會(huì)逐步解碼出二進(jìn)制密碼（如“00010→2”）或更復(fù)雜的序列（如“2769”）。時(shí)間成為了解鎖深層秘密的“第四維度密鑰”，靜態(tài)復(fù)制對(duì)此完全失效。

圖2. 動(dòng)態(tài)多級(jí)加密單元的構(gòu)建

  該材料將活字印刷的“可重構(gòu)性”與生命體（變色龍）的“自適應(yīng)能力”，通過(guò)材料科技完美融合，實(shí)現(xiàn)了三大功能性突破。首先，“活字”重生，密碼實(shí)時(shí)重置： 這是對(duì)靜態(tài)加密的顛覆。整個(gè)加密陣列由獨(dú)立的模塊單元組成，如同一個(gè)個(gè)“智能活字”。用戶無(wú)需重新設(shè)計(jì)或制造材料，只需像古代排版工人一樣，在現(xiàn)場(chǎng)物理地重新排列這些模塊的位置，即可在瞬息之間更新加密信息。這賦予了信息保護(hù)前所未有的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)性，使“一次設(shè)計(jì)，無(wú)限更新”成為現(xiàn)實(shí)，徹底克服了傳統(tǒng)加密的僵化性；其次，時(shí)空分離，多層防御： 光（UV）與熱（IR）兩種刺激模式在空間（不同材料層）和時(shí)間（瞬時(shí) vs. 時(shí)序）上天然解耦。信息被分層存儲(chǔ)、獨(dú)立或協(xié)同顯現(xiàn)。攻擊者即使破解了紫外下的“表象”（可能是誘餌），也難以窺探或復(fù)制隨時(shí)間演變的紅外深層密碼，更無(wú)法預(yù)知模塊重組后的新密鑰，安全性實(shí)現(xiàn)幾何級(jí)提升；最后，柔性“皮膚”，貼身守護(hù)： 整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建在柔韌、生物相容性優(yōu)異的聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底上。加密陣列可以承受彎曲、扭曲，甚至無(wú)縫貼合在人體皮膚、衣物等復(fù)雜曲面上。這為信息加密打開(kāi)了可穿戴應(yīng)用的大門(mén)，未來(lái)可集成于智能手表帶、健康監(jiān)測(cè)貼片、甚至保密軍服中，安全地守護(hù)如心率、體溫、位置等敏感生物或機(jī)密數(shù)據(jù)，確保隱私在移動(dòng)中無(wú)虞。這種光熱雙模態(tài)動(dòng)態(tài)加密系統(tǒng)，成功演示了從“027”（UV瞬顯）到“358”（IR初階）再到“2769”（IR時(shí)序/二進(jìn)制解碼）的多級(jí)安全邏輯，在動(dòng)態(tài)機(jī)密傳輸、智能可穿戴安全等領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的潛在應(yīng)用前景。

圖3. 動(dòng)態(tài)多級(jí)加密系統(tǒng)的光瞬變與熱時(shí)移解密

圖4. 動(dòng)態(tài)多級(jí)加密系統(tǒng)的應(yīng)用

  上海工程技術(shù)大學(xué)高分子系2022級(jí)研究生安新妍為論文第一作者。上海工程技術(shù)大學(xué)高分子系宋仕強(qiáng)副教授為通訊作者，江南大學(xué)馬丕明教授與南方醫(yī)科大學(xué)侯鴻浩教授為共同通訊作者，合作者還包括上海交通大學(xué)張勇教授。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和上海市自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的資助支持。

  論文信息：

  Movable-type Printing and Chameleon-Inspired Photothermal Bimodal Flexible Polymer Arrays for Spatiotemporally Programmable Multilevel Encryption

  Xinyan An, Shiqiang Song*, Weizhen Li, Zhenlin Jiang, Xin Fan, Piming Ma*, Honghao Hou*, Yong Zhang

  Advanced Functional Materials

  DOI: 10.1002/adfm.202514525

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202514525