从隐形到显形：基于压力响应光子晶体的先进信息加密技术研究

这篇研究开发了一种基于手性向列相纤维素纳米晶（cn-CNC）薄膜与形状记忆聚合物（SMP）的多层复合材料，通过热压刺激实现信息加密与解密。该材料利用GO层遮蔽初始信息，通过压力调控cn-CNC的螺旋间距产生结构色差异，实现高保真度的循环加密，为防伪技术提供了新型响应性光子晶体解决方案。

　　

从隐形到显形：压力响应光子晶体的信息加密革命

Abstract

假冒伪劣已成为全球性安全威胁。这项研究通过将手性向列相纤维素纳米晶（cn-CNC）薄膜嵌入形状记忆聚合物（SMP）基质，开发出具有压力响应特性的光子晶体复合材料。设计创新性地引入醋酸纤维素薄膜作为热固性信息载体，氧化石墨烯（GO）作为光学遮蔽层。初始状态下复合材料呈全黑状态，热压后因刚性图案导致的区域化光子响应差异，使隐藏信息以结构色形式显现。即便恢复初始形状，解密痕迹仍可留存，为信息验证提供实体证据。反射光谱和色彩分析证实了材料在多周期操作中优异的结构色保真度。

Graphical Abstract

多层复合材料基于SMP基质中的cn-CNC构建。热压时能稳定呈现与背景色差显著的隐藏图案，这种可逆响应特性拓展了可调光子晶体在信息加密中的应用边界。

1 Introduction

形状记忆聚合物（SMPs）作为刺激响应材料，可通过温度、光、电磁场等触发可逆形变。其轻质、生物相容和低成本特性，使其在生物医学器件、航空航天等领域具有应用潜力。光子晶体（PCs）则因其周期性介电结构产生的结构色备受关注，这种源于物理结构而非化学发色的特性，使其具备耐光解、高稳定性等优势。

纤维素纳米晶（CNCs）通过酸水解从生物质中提取，不仅能形成左旋手性向列相液晶，干燥后还可保留螺旋结构产生虹彩效应。研究团队此前报道了将cn-CNC封装于聚丙烯酸酯SMP中制备光热响应材料的工作。本次研究进一步整合GO遮蔽层和醋酸纤维素图案载体，开发出四组分加密系统：cn-CNC提供颜色输出，醋酸纤维素承载信息，GO实现初始遮蔽，SMP赋予热机械响应能力。

2 Results and Discussion

2.1 CNC-SMP复合材料的制备与表征

通过四步法构建的CNC-SMP复合材料，差示扫描量热法（DSC）测得玻璃化转变温度（T_g）为91°C。热重分析（TGA）显示100°C以下质量稳定，力学测试显示室温下杨氏模量达6.6MPa。热压过程中，随着压力从85N增至160N，材料结构色发生红-黄-蓝转变，对应cn-CNC螺旋半间距从初始263±33nm压缩至214±17nm，恢复后回到268±28nm。扫描电镜（SEM）证实手性向列结构在整个循环中保持完整。

2.2 CNC-GO-SMP的开发

优化设计采用cn-CNC光响应层、醋酸纤维素刚性图案和GO-CNC遮光层的三明治结构。初始状态时GO层完全遮蔽图案，CIE色度分析显示仅存在黑色组分。热压至120N时图案区域呈现红黄色，160N时蓝移至蓝绿色，且图案区始终比背景区蓝移更显著。这种差异源于刚性图案上方cn-CNC受到更强的压缩应变。

2.3 CNC-GO-SMP的表征

五周期压力-恢复循环测试显示，材料在相同压力下能复现相似结构色。反射光谱证实图案区λ_max始终比背景区短10-20nm。边缘处因形变产生的微裂纹使解密痕迹在恢复后仍可辨识，该特性增强了防伪安全性。RGB值分析显示160N压力下绿（G）和蓝（B）通道值显著高于120N状态。

2.4 信息加密应用验证

将醋酸纤维素制成"UBC"字母图案的复合材料，在热压后成功实现信息解密。三个循环测试中图案均能清晰显现，且保持图案区与背景区的色差特性。这种区域化光子响应机制为多级加密提供了可能。

3 Conclusion

CNC-GO-SMP复合材料通过整合cn-CNC的光子响应、GO的光遮蔽和SMP的热机械特性，实现了信息的安全加密与可控解密。材料在五次循环中保持稳定的色