CN112735485B - 信息加密-自驱动解密的集成光-热器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种信息加密‑自驱动解密的集成光‑热器件及其制备方法，该信息加密‑自驱动解密的集成光‑热器件包括光源激发***、高温变色发光***和薄膜加热***，所述高温变色发光***作为信息加密/防伪显示层；所述薄膜加热***与所述高温变色发光***相连接；所述光源激发***与所述高温变色发光***相连接，用于激发所述高温变色发光***产生不同模式的发光；所述薄膜加热***用于产生焦耳热为所述高温变色发光***提供变温环境。该信息加密‑自驱动解密的集成光‑热器件的体积微小、柔性、无毒、制备简单、成本低且机械性能好。

Description

信息加密-自驱动解密的集成光-热器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及信息安全领域，尤其适用于一种基于光学的信息加密-防伪集成器件及其制备方法。
背景技术
防伪和安全信息加密技术在日常生活、经济甚至军事领域都发挥着至关重要的作用。一方面，随着商品经济的发展，假冒商品在全球范围内急剧增多，对全球经济市场产生了负面影响。另一方面，在信息***的时代，海量数据的可用性为人们的工作和生活提供了极大的便利。但同时也带来了巨大的安全风险，可能导致社会问题、严重的经济损失等可怕后果。因此，提高“防伪和安全性的数据加密/解密***”技术已成为亟待解决的重要问题。
迄今为止，已经开发了许多先进的信息加密-防伪技术，其中基于荧光材料的技术以其视觉上的可识别性、彩色的发光、高通量和简单的设计脱颖而出。尽管这些荧光防伪和加密研究显示出了优异的性能，但是仍然依赖额外的大型设备来提供外部刺激作为解密驱动力，这样导致器件体积庞大、结构复杂，可应用于可穿戴/便携领域的光学集成***尚未实现。薄膜加热器由于其机械性能好、制备简单、体积微小等优势而受到越来越多的关注，并且应用到气敏、力学、声学等集成***中。
因此，将发光材料作为光学信息加密层，薄膜加热器作为解密驱动力，制备一种具有信息加密-自驱动解密的集成光-热器件成为可能；因此，有必要开发一种信息加密-自驱动解密的集成光-热器件及其制备方法，该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件无需额外刺激来解密，将光学信息显示和解密驱动力集成在单一器件中，且该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件的体积微小、柔性、无毒、制备简单、成本低且机械性能好，极具可行性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种信息加密-自驱动解密的集成光-热器件，无需额外刺激来解密，将光学信息显示和解密驱动力集成在单一器件中，且该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件的体积微小、柔性、无毒、制备简单、成本低且机械性能好，极具可行性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件，包括光源激发***、高温变色发光***和薄膜加热***，所述高温变色发光***作为信息加密/防伪显示层；所述薄膜加热***与所述高温变色发光***相连接；所述光源激发***与所述高温变色发光***相连接，用于激发所述高温变色发光***产生不同模式的发光；所述薄膜加热***用于产生焦耳热为所述高温变色发光***提供变温环境。采用上述技术方案，其中光源激发***根据发光材料的本征性质，其可选择紫外灯、氙灯、紫外芯片、近红外激光器等任一光源来进行激发；光源***激发高温变色发光***的光学材料产生不同模式的发光；高温环境中发光强度和发光颜色产生变化；薄膜加热***在电场作用下，产生焦耳热，为高温变色发光***的光学材料提供变温环境；该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件无需额外刺激来解密，将光学信息显示和解密驱动力集成在单一器件中，且该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件的体积微小、柔性、无毒、制备简单、成本低且机械性能好，极具可行性；该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件的工作原理为(以长余辉发光材料和激光诱导石墨烯薄膜加热器为例)：高温变色长余辉发光材料作为信息加密/防伪显示层，在不同温度下产生差异化的光致发光和余辉发光，即在亮场、暗场下产生不同的发光颜色或者发光强度；另外，长余辉发光材料可以连续发光几秒钟至数小时，说明其具有一定的时效性，放置不同时间将显示出差异化的余辉发光；当对集成***施加一定的电场时，激光诱导石墨烯加热***通过产生焦耳热来提供一个变温环境，作为解密驱动力，这样在集成***的光学信息显示层将读取到多级不同的信息，包括虚假和真实的信息，这样将对非法入侵者造成迷惑性，来保证真实信息的安全。
作为本发明的优选技术方案，该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件还包括自供电***，所述自供电***与所述薄膜加热***相连接，用于为该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件提供电源。
作为本发明的优选技术方案，该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件还包括开关***，所述开关***包括开关一和开关二，所述开关一设置在所述光源激发***与所述高温变色发光***之间，用于控制所述光源激发***激发所述高温变色发光***；所述开关二设置在所述自供电***与所述薄膜加热***之间，用于控制薄膜加热***。开关***可以使开关一和开关二接通或切断电源。
作为本发明的优选技术方案，所述高温变色发光***采用光致发光材料或长余辉发光材料或光激励材料或有机磷光材料或机械发光材料或碳点中的一种或多种混合制成。根据实际应用的需要来确定加密或者防伪的级数，进而选择相应对温度敏感的发光材料，可以是多种差异化发光的材料或单一材料的多种发光模式来进行填充，该防伪-加密***的关键是光学信息显示层的选择。
作为本发明的优选技术方案，所述薄膜加热***采用石墨烯或银纳米线或碳纳米管或多孔碳中的一种或多种混合制成，在电场作用下，产生焦耳热。
作为本发明的优选技术方案，所述光源激发***采用紫外灯或氙灯或紫外芯片或近红外激光器中的任一光源用为激发光源；所述自供电***采用摩擦纳米发电机、压电纳米发电机、柔性电池中的任一器件提供一定的电压/电流输出。
作为本发明的优选技术方案，所述长余辉发光材料为SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+长余辉发光材料。
本发明还要解决的技术问题是，提供一种信息加密-自驱动解密的集成光-热器件的制备方法，制得的信息加密-自驱动解密的集成光-热器件无需额外刺激来解密，将光学信息显示和解密驱动力集成在单一器件中，且该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件的体积微小、柔性、无毒、制备简单、成本低且机械性能好，极具可行性。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件的制备方法，其中高温变色***采用长余辉发光材料，薄膜加热***采用激光诱导石墨烯薄膜加热器，具体包括以下步骤：
S1：按照配比称取原材料，进行研磨混合，待混合均匀后进行高温烧结，烧结温度1000～1500℃，烧结时间8～12h，获得长余辉发光材料；
S2：将聚二甲基硅氧烷和与其配套的固化剂进行搅拌混合均匀，获得聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物；
S3：将获得的长余辉发光材料与聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物搅拌10～30min，直至均匀分布，获得发光材料混合浆料；
S4：将步骤S3中获得的发光材料混合浆料倒入预先雕刻好的模板凹槽中，放入60～80℃的干燥箱中烘干1.5～3h，直到固化成膜，获得烘干的发光层；
S5：再次将聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物滴涂在步骤S4中烘干的发光层的表面并烘干，获得光学显示层，再将光学显示层与模板进行剥离；
S6：将剥离后的光学显示层放在激光诱导石墨烯薄膜加热器上，并进行紧密贴合叠加，从而获得信息加密-自驱动解密的集成光-热器件。其中该模板的凹槽形状即为各种显示信息。
作为本发明的优选技术方案，所述高温变色***采用的长余辉发光材料为SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+长余辉发光材料，所述步骤S1中将SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+长余辉发光材料进行湿磨混合均匀后，导入刚玉坩埚中并放置于高温管式炉中进行烧结，1250℃保温10小时；获得SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+长余辉发光材料。
作为本发明的优选技术方案，所述聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物中聚二甲基硅氧烷与固化剂混合物的质量比为10：1。
作为本发明的优选技术方案，所述步骤S6中的激光诱导石墨烯薄膜加热器的制备方法是通过CO2激光雕刻机烧蚀125μm聚酰亚胺薄膜，使其碳化获得的，其中激光扫描速度为300mm/s，功率为10～12％。
作为本发明的优选技术方案，所述步骤S4中制得的发光层的厚度为400～600μm；所述步骤S5再次将聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物滴涂在步骤S4中烘干的发光层的表面的厚度为烘干的发光层的二分之一。这样有利于干燥后光学显示层薄膜的剥离。
相比现有技术，该技术方案具有的有益效果是：
(1)本发明体积微小、柔性、无毒、制备简单、成本低、机械性能好；
(2)本发明采用高温变色发光材料，产生多模式发光，可提供多级信息加密-防伪；
(3)本发明重复性好，可以复现，适用于大规模商业化应用。
附图说明
下面结合附图和本发明的实施方式进一步详细说明：
图1为本发明信息加密-自驱动解密的集成光-热器件的结构框图；
图2为本发明信息加密-自驱动解密的集成光-热器件的制备流程图；
图3为本发明提出的室温环境下长余辉发光材料激发光谱、光致发光光谱、余辉发光光谱以及不同温度下长余辉材料光致发光强度和余辉发光强度变化趋势示意图；
图4为本发明信息加密-自驱动解密的集成光-热器件应用于摩斯密码信息防伪示意图。
具体实施方式
实施例：如图1所示，该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件，包括光源激发***、高温变色发光***和薄膜加热***，所述高温变色发光***作为信息加密/防伪显示层；所述薄膜加热***与所述高温变色发光***相连接；所述光源激发***与所述高温变色发光***相连接，用于激发所述高温变色发光***产生不同模式的发光；所述薄膜加热***用于产生焦耳热为所述高温变色发光***提供变温环境；该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件还包括自供电***，所述自供电***与所述薄膜加热***相连接，用于为该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件提供电源；该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件还包括开关***，所述开关***包括开关一和开关二，所述开关一设置在所述光源激发***与所述高温变色发光***之间，用于控制所述光源激发***激发所述高温变色发光***；所述开关二设置在所述自供电***与所述薄膜加热***之间，用于控制薄膜加热***；所述高温变色发光***采用光致发光材料或长余辉发光材料或光激励材料或有机磷光材料或机械发光材料或碳点中的一种或多种混合制成；所述薄膜加热***采用石墨烯或银纳米线或碳纳米管或多孔碳中的一种或多种混合制成；所述长余辉发光材料优选为SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+长余辉发光材料。
方法实施例1：如图2所示，该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件的制备方法，其中高温变色***采用长余辉发光材料，薄膜加热***采用激光诱导石墨烯薄膜加热器，具体包括以下步骤：
S1：按照配比称取原材料，将SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+长余辉发光材料放入玛瑙研钵中进行湿磨30min，混合均匀后，导入刚玉坩埚中并放置于高温管式炉中进行烧结，烧结温度1250℃，烧结时间10h，获得SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+长余辉发光材料；
S2：将聚二甲基硅氧烷和与其配套的固化剂(固化剂与聚二甲基硅氧烷是配套的，直接购买的，购买公司为“无锡非特斯电子科技”，产品型号“道康宁184”)进行搅拌5min混合均匀，获得聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物；所述聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物中聚二甲基硅氧烷与固化剂混合物的质量比为10：1；
S3：将获得的长余辉发光材料与聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物进行磁力搅拌搅拌20min，直至均匀分布，获得发光材料混合浆料；
S4：将步骤S3中获得的发光材料混合浆料倒入预先雕刻好的模板凹槽中，放入70℃的干燥箱中烘干2h，直至其完全固化成膜，获得烘干的发光层，其厚度为500μm；其中该模板的凹槽形状即为各种显示信息；
S5：再次将聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物滴涂在步骤S4中烘干的发光层的表面，厚度为烘干的发光层的二分之一，然后进行烘干，烘干温度为60～80℃的烘干时间为1.5h，获得光学显示层，再将光学显示层与模板进行剥离；
S6：将剥离后的光学显示层放在激光诱导石墨烯薄膜加热器上，并进行紧密贴合叠加，从而获得信息加密-自驱动解密的集成光-热器件；其中的激光诱导石墨烯薄膜加热器的制备方法是通过CO2激光雕刻机烧蚀125μm聚酰亚胺薄膜，使其碳化获得的，其中激光扫描速度为300mm/s，功率为10～12％。
如图3所示，SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+长余辉发光材料，根据材料的本征性质，二者激发波长均在紫外区域，室温下显示为蓝色光致发光(300nm～600nm)，关闭紫外灯后，SrCaGa4O8：Zn2+显示出更强的余辉发光，而SrCaGa4O8：Nd3+余辉发光及其微弱；在高温环境中，SrCaGa4O8：Zn2+发生热淬灭，即随着温度逐渐升高至300℃，蓝色光致发光和余辉发光迅速减弱至消失；而SrCaGa4O8：Nd3+显示出反热淬灭现象，随着温度的升高，蓝色光致发光和余辉发光逐渐变为黄色，且黄色发光强度逐渐增强；将这样差异化的双模式(光致发光/余辉发光)发光现象用于多级信息加密和防伪显示层。
图4为本发明提出的信息加密-自驱动解密的集成光-热***应用于摩斯密码多级信息加密防伪示意图；预先在模板凹槽的不同位置分别填充SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+，肉眼看上去为白色薄膜；在不施加电场时，在紫外灯下，该器件显示为蓝色发光，读取到一级信息“O”，关闭紫外灯后，读取到二级信息“T”；当对器件施加一定电流时，薄膜加热器产生一定的热量并传导给光学显示层，产生解密驱动力，该器件的发光由蓝色变为黄色，紫外灯下显示出真实的三级信息“S”，关闭紫外灯后，仍然可以读取到相同的信息，该过程作为“防伪”；不仅如此，可以将真实信息隐藏在任意一级，具有极大的迷惑性。
方法实施例2：与上述方法实施例1不同在于，制备的参数不同，具体为：该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件的制备方法，其中高温变色***采用长余辉发光材料，薄膜加热***采用激光诱导石墨烯薄膜加热器，具体包括以下步骤：
S1：按照配比称取原材料，将SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+长余辉发光材料放入玛瑙研钵中进行湿磨30min，混合均匀后，导入刚玉坩埚中并放置于高温管式炉中进行烧结，烧结温度1000℃，烧结时间12h，获得SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+长余辉发光材料；
S2：将聚二甲基硅氧烷和与其配套的固化剂(固化剂与聚二甲基硅氧烷是配套的，直接购买的，购买公司为“无锡非特斯电子科技”，产品型号“道康宁184”)进行搅拌5min混合均匀，获得聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物；所述聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物中聚二甲基硅氧烷与固化剂混合物的质量比为10：1；
S3：将获得的长余辉发光材料与聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物进行磁力搅拌搅拌30min，直至均匀分布，获得发光材料混合浆料；
S4：将步骤S3中获得的发光材料混合浆料倒入预先雕刻好的模板凹槽中，放入60℃的干燥箱中烘干2h，直至其完全固化成膜，获得烘干的发光层，其厚度为400μm；其中该模板的凹槽形状即为各种显示信息；
S5：再次将聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物滴涂在步骤S4中烘干的发光层的表面，厚度为烘干的发光层的二分之一，然后进行烘干，烘干温度为60～80℃的烘干时间为1.5h，获得光学显示层，再将光学显示层与模板进行剥离；
S6：将剥离后的光学显示层放在激光诱导石墨烯薄膜加热器上，并进行紧密贴合叠加，从而获得信息加密-自驱动解密的集成光-热器件；其中的激光诱导石墨烯薄膜加热器的制备方法是通过CO2激光雕刻机烧蚀125μm聚酰亚胺薄膜，使其碳化获得的，其中激光扫描速度为300mm/s，功率为10～12％。
方法实施例3：与上述方法实施例1不同在于，制备参数不同，具体为：该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件的制备方法，其中高温变色***采用长余辉发光材料，薄膜加热***采用激光诱导石墨烯薄膜加热器，具体包括以下步骤：
S1：按照配比称取原材料，将SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+长余辉发光材料放入玛瑙研钵中进行湿磨30min，混合均匀后，导入刚玉坩埚中并放置于高温管式炉中进行烧结，烧结温度1500℃，烧结时间10h，获得SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+长余辉发光材料；
S2：将聚二甲基硅氧烷和与其配套的固化剂(固化剂与聚二甲基硅氧烷是配套的，直接购买的，购买公司为“无锡非特斯电子科技”，产品型号“道康宁184”)进行搅拌5min混合均匀，获得聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物；所述聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物中聚二甲基硅氧烷与固化剂混合物的质量比为10：1；
S3：将获得的长余辉发光材料与聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物进行磁力搅拌搅拌10min，直至均匀分布，获得发光材料混合浆料；
S4：将步骤S3中获得的发光材料混合浆料倒入预先雕刻好的模板凹槽中，放入80℃的干燥箱中烘干2h，直至其完全固化成膜，获得烘干的发光层，其厚度为600μm；其中该模板的凹槽形状即为各种显示信息；
S5：再次将聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物滴涂在步骤S4中烘干的发光层的表面，厚度为烘干的发光层的二分之一，然后进行烘干，烘干温度为60～80℃的烘干时间为1.5h，获得光学显示层，再将光学显示层与模板进行剥离；
S6：将剥离后的光学显示层放在激光诱导石墨烯薄膜加热器上，并进行紧密贴合叠加，从而获得信息加密-自驱动解密的集成光-热器件；其中的激光诱导石墨烯薄膜加热器的制备方法是通过CO2激光雕刻机烧蚀125μm聚酰亚胺薄膜，使其碳化获得的，其中激光扫描速度为300mm/s，功率为10～12％。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种信息加密-自驱动解密的集成光-热器件，其特征在于，包括光源激发***、高温变色发光***和薄膜加热***，所述高温变色发光***作为信息加密/防伪显示层；所述薄膜加热***与所述高温变色发光***相连接；所述光源激发***与所述高温变色发光***相连接，用于激发所述高温变色发光***产生不同模式的发光；所述薄膜加热***用于产生焦耳热为所述高温变色发光***提供变温环境；该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件还包括自供电***，所述自供电***与所述薄膜加热***相连接，用于为该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件提供电源；该信息加密-自驱动解密的集成光-热器件还包括开关***，所述开关***包括开关一和开关二，所述开关一设置在所述光源激发***与所述高温变色发光***之间，用于控制所述光源激发***激发所述高温变色发光***；所述开关二设置在所述自供电***与所述薄膜加热***之间，用于控制薄膜加热***；所述高温变色发光***采用光致发光材料或长余辉发光材料或光激励材料或有机磷光材料或机械发光材料或碳点中的一种或多种混合制成；所述薄膜加热***采用石墨烯或银纳米线或碳纳米管或多孔碳中的一种或多种混合制成；所述光源激发***采用紫外灯或氙灯或紫外芯片或近红外激光器中的任一光源用为激发光源；所述自供电***采用摩擦纳米发电机、压电纳米发电机、柔性电池中的任一器件提供一定的电压/电流输出。
2.一种信息加密-自驱动解密的集成光-热器件的制备方法，其特征在于，其中高温变色***采用长余辉发光材料，薄膜加热***采用激光诱导石墨烯薄膜加热器，具体包括以下步骤：
S1：按照配比称取原材料，进行研磨混合，待混合均匀后进行高温烧结，烧结温度1000～1500℃，烧结时间8～12h，获得长余辉发光材料；
S2：将聚二甲基硅氧烷和与其配套的固化剂进行搅拌混合均匀，获得聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物；
S3：将获得的长余辉发光材料与聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物搅拌10～30min，直至均匀分布，获得发光材料混合浆料；
S4：将步骤S3中获得的发光材料混合浆料倒入预先雕刻好的模板凹槽中，放入60～80℃的干燥箱中烘干1.5～3h，直到固化成膜，获得烘干的发光层；
S5：再次将聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物滴涂在步骤S4中烘干的发光层的表面并烘干，获得光学显示层，再将光学显示层与模板进行剥离；
S6：将剥离后的光学显示层放在激光诱导石墨烯薄膜加热器上，并进行紧密贴合叠加，从而获得自驱动的多级加密-防伪集成器件；所述高温变色***采用的长余辉发光材料为SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+长余辉发光材料，所述步骤S1中将SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+长余辉发光材料进行湿磨混合均匀后，导入刚玉坩埚中并放置于高温管式炉中进行烧结，1250℃保温10小时；获得SrCaGa4O8：Zn2+和SrCaGa4O8：Nd3+长余辉发光材料；所述聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物中聚二甲基硅氧烷与固化剂混合物的质量比为10：1。
3.根据权利要求2所述的信息加密-自驱动解密的集成光-热器件的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中的激光诱导石墨烯薄膜加热器的制备方法是通过CO2激光雕刻机烧蚀125μm聚酰亚胺薄膜，使其碳化获得的，其中激光扫描速度为300mm/s，功率为10～12％。
4.根据权利要求3所述的信息加密-自驱动解密的集成光-热器件的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中制得的发光层的厚度为400～600μm；所述步骤S5再次将聚二甲基硅氧烷/固化剂混合物滴涂在步骤S4中烘干的发光层的表面的厚度为烘干的发光层的二分之一。
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