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研究背景

有機-無機雜化分子鐵電材料是一類新興的材料，因其在能量采集、自供電機械傳感、信息安全等領域的廣泛應用而備受關注。這些材料將有機陽離子的優點與無機陰離子框架的優勢特性結合，在分子層面實現多功能性。與傳統的壓電陶瓷材料（如鈦酸鉛（PZT）和鈦酸鋇（BTO））相比，有機-無機雜化分子鐵電材料具有室溫低成本合成、結構可調和生物相容性等獨特優勢。然而，這些材料在實際應用中也面臨著固有的脆性和較差的延展性等問題，這嚴重制約了其在柔性電子器件中的應用。

成果簡介

為了解決這一問題，東南大學吳俊教授以及游雨蒙教授等人合作在《Science Advances》上發表題為“Flexible mechano-optical dual-responsive perovskite molecular ferroelectric composites for advanced anticounterfeiting and encryption”的最新論文。該團隊設計并制備了一種柔性機械-光學雙響應的分子鐵電復合材料，將三甲基氯甲基銨（TMCM）–MnCl3摻入苯乙烯-乙烯-苯乙烯（SEBS）基體中，成功實現了在保持優異壓電性和光致發光特性的同時，顯著提高了材料的可拉伸機械性能。該復合材料的拉伸應變超過1300%，厚度僅為30μm，展示了極佳的柔性和耐用性。

該研究利用復合材料的光學和力學響應特點，設計了視覺-觸覺融合的防偽和加密應用。基于圖案識別和壓電響應，開發了防偽和防篡改標簽，用于判斷貴重物品是否為真品或是否被篡改。此外，研究人員還設計了三層加密的高安全性密碼鍵盤，相比傳統密碼設備，該鍵盤提供了524,288倍更多的密碼組合，并具有更強的防破解能力。通過這些創新，研究者成功地提高了多功能材料的性能，并為未來智能人機交互、信息安全和先進機器人技術的應用提供了新的思路和解決方案。

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研究亮點

（1）實驗首次將三甲基氯甲基銨（TMCM）–MnCl3摻入苯乙烯-乙烯-苯乙烯（SEBS）基體，成功合成了柔性機械-光學雙響應分子鐵電復合材料（SEBS/TMCM-MnCl3）。該復合材料展示了優異的可拉伸機械性能（拉伸應變>1300%），并具有30μm的薄膜厚度，同時具備壓電性和光致發光特性。

（2）實驗通過將TMCM-MnCl3納米材料與SEBS基體結合，形成了具有視覺和觸覺雙重響應能力的復合材料，顯著提升了其在防偽和加密中的應用潛力。基于該復合材料的壓電響應和圖案識別，成功開發了防偽和防篡改標簽，能夠判斷貴重物品是否為真品或是否被篡改。

（3）實驗還設計了具有三層加密的高安全性密碼鍵盤，與傳統僅依賴數字加密的設備相比，密碼組合數量增加了524,288倍，并顯著提高了防破解的安全性。這項研究為多功能光電材料的設計提供了新的思路，推動了視覺-觸覺融合智能應用在信息安全、人體界面及先進機器人領域的發展。

圖文解讀

圖1. 用于防偽和加密的 STMn 鐵電復合材料的系統和概念。

圖2. STMn 薄膜的制作和表征。

圖3. 光致發光和壓電特性。

圖 4. ACaT 標簽。

圖 5. 具有三重加密功能的高安全性密碼鍵盤。

結論展望

本文通過將TMCM-MnCl3摻入SEBS基體，能夠實現柔性機械-光學雙響應特性，這不僅拓寬了分子鐵電材料的應用范圍，還為觸覺與視覺的融合應用提供了新的思路。特別是在防偽和加密領域，結合壓電響應和圖案識別的智能標簽及高安全性密碼鍵盤的設計，展示了材料在信息安全和數據保護方面的巨大潛力。

此外，研究還指出，盡管當前STMn薄膜的壓電性能（d33）相對較低，但通過優化復合材料的設計、制備工藝和電極-復合材料界面，可以顯著提升其性能。這一發現為未來復合材料的性能優化提供了明確的方向。

綜合來看，本研究為多功能材料的開發及其在智能界面、信息安全和先進機器人領域的應用提供了新的理論依據和技術路徑，具有廣闊的應用前景。

文獻信息

Flexible mechano-optical dual-responsive perovskite molecular ferroelectric composites for advanced anticounterfeiting and encryption.

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