基于多层弛豫铁电聚合物叠层实现实时可编程红外信息加密的新型数据传输策略

《Nature Communications》：Multilayer relaxor ferroelectric polymer stacks as data transmitter for real-time and programmable infrared information encryption

本刊推荐：为解决红外信息加密技术难以实现实时精确数据传输的问题，研究人员开展多层弛豫铁电聚合物（RFP）叠层主题研究。通过采用双稳态粘附聚合物（BAP）作为转移介质，成功制备出无被动热负载的8层P(VDF-TrFE-CFE)叠层结构。该结构在80 MV/m电场下产生22.1℃至26.3℃的矩形温度波，保持高温状态超8秒，凭借高达10-8s/K的电热效应响应速率，实现了实时可编程的红外信息加密解密系统，为光学加密领域提供创新解决方案。

　　

在信息化时代，数据安全已成为军事通信、医疗健康和金融等领域的核心挑战。传统红外加密技术通过调控物体发射率或温度实现信息隐藏，但存在响应速度慢（≥1秒）、易受环境干扰等瓶颈。如何实现毫秒级响应的精确温控，成为发展实时红外加密技术的核心难题。

近日发表于《Nature Communications》的研究提出了一种基于多层弛豫铁电聚合物（Relaxor Ferroelectric Polymer, RFP）叠层的创新解决方案。该团队利用双稳态粘附聚合物（Bistable Adhesive Polymer, BAP）作为转移介质，成功构建了无被动热负载的多层P(VDF-TrFE-CFE)叠层结构。实验表明，8层RFP叠层在80 MV/m电场下可产生22.1℃至26.3℃的矩形温度波，高温维持时间超过8秒，温度变化速率达0.012 s/K。这种瞬时电热效应（Electrocaloric Effect, ECE）为实时红外信息加密提供了新范式。

关键技术方法包括：1）通过热控粘附强度的BAP介质实现多层薄膜无损转移；2）采用嵌入式碳纳米管（CNT）电极确保机械柔性与热稳定性；3）利用红外热成像仪监测电热效应动力学过程；4）设计7像素独立寻址阵列实现多模式信息显示。

多层RFP叠层制备与电热效应表征

研究团队开发了基于BAP介质的卷对卷转移技术（图1A），成功构建了具有9个交错CNT电极的8层叠层结构（图1B）。90°剥离测试显示，BAP/聚合物界面在55℃时的粘附强度较室温提升3倍，确保薄膜转移完整性。电热测试表明，8层叠层在0.01 Hz频率下施加80 MV/m电场时，温度可在0.1秒内上升4.2℃，且高温平台期持续时间随层数增加而延长（图1G-H）。热力学模拟证实，8层结构的热容为单层的8倍，而表面积仅增加6.9%，有效延缓热对流散失。

红外信息加密与解密演示

基于矩形温度波的时序特性，团队构建了莫尔斯电码加密系统（图3A）。以"UCLA"为例，明文被转换为4组电压信号驱动8层叠层，红外相机捕获的温度波形与输入信号高度一致（补充视频2）。此外，7像素独立控温阵列成功演示了数字"1、4、7"的红外显示（图3C），验证了多通道加密能力。与相变材料、电致变色器件等现有技术相比，RFP叠层的响应速度提升3个数量级（图4B）。

讨论与展望

该研究突破了传统多层电热器件依赖环氧胶粘接的技术壁垒，通过BAP介质实现了高完整性叠层构建。8层RFP叠层在27,000次循环后仍保持96%的电热性能，展现出优异的操作稳定性。研究进一步拓展了二进制码、博多码等加密协议在红外通信中的应用场景（图4A），为国防安全、量子通信等领域的实时加密需求提供了硬件基础。

这项工作的核心价值在于将电热效应的瞬时特性与多层结构的热管理优势相结合，创造了迄今响应最快的红外加密平台。未来通过优化材料居里温度、开发三维叠层架构，有望在体温驱动传感、动态热伪装等领域开辟新的应用疆域。