张加涛、徐萌等在掺杂量子点近红外荧光防伪、保密应用方面取得进展

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随着社会的快速发展，具有两用功能的防伪和保密技术受到越来越多的关注，持续开发新的防伪/保密材料，突破传统光学防伪/保密模式的桎梏是推动该领域发展的关键前提。北京理工大学张加涛教授和徐萌副教授长期致力于创新方法实现新型复杂掺杂结构半导体纳米晶的可控制备和性能调控（Angew. Chem. 2015, 54 (12), 3683-3687.，Adv. Mater. 2015, 27 (17), 2753-2761.，Angew. Chem. 2019, 58 (15), 4852-4857.，Chem 2020, 6 (11), 3086-3099.）。团队在已有成熟的合成基础上，攻克从微纳材料的制备到宏观块体可控加工的难题，实现掺杂纳米晶在多模荧光防伪、保密等方面的应用。
        一、 可见掺杂荧光的多模防伪应用

图1. 掺杂量子点多模防伪应用示意图

       利用普通商业打印机将水溶性的Ag+掺杂CdS（CdS:Ag）纳米晶打印在柔性和刚性衬底上，通过离子交换反应实现掺杂荧光的消失与重现，实现了掺杂的荧光防伪应用。该防伪方法简单、高效，克服了传统荧光防伪材料保密性不高的缺点，并具有杰出的循环稳定性。该成果发表于国际顶级材料期刊Advanced Functional Materials（Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1808762.），同时该防伪方法获得国家发明专利授权（专利号：ZL 2018 1 0972684.X）。
       二、 不可见掺杂荧光的多模防伪和保密应用

图2. 杂质扩散平衡策略制备的CdSe:Cu@CdS核壳量子点及其近红外荧光保密应用。

图3. 防伪和保密应用示意图和实际效果图

         为实现更高级别的防伪和保密等级，近日团队在多模可见荧光防伪应用的基础上，通过使用具有不可见近红外掺杂荧光的Cu掺杂CdSe@CdS（CdSe:Cu@CdS）核壳纳米晶，首次实现了近红外荧光的多模防伪和保密应用。利用只具有可见本征荧光的CdSe@CdS核壳纳米晶打印干扰信息，将具有近红外掺杂荧光CdSe:Cu@CdS核壳纳米晶打印保密信息，实现了量子点墨水宏观尺度的可控打印。由于两种纳米晶墨水在可见光区具有类似的光学性质，仅从肉眼无法分辨干扰信息和保密信息；通过手机摄像头和滤光片对近红外掺杂荧光进行选择性成像，实现关键信息的快速解读。该方法不同于传统的可见荧光防伪和保密模式，肉眼不可见的近红外荧光赋予更强的隐蔽性和保密性，有望替代现有的可见光防伪/保密材料，具有广阔的应用前景。该工作收录于国际顶级材料期刊Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202100286)。同时该制备方法和防伪/保密模式申请了国家发明专利（申请号：2020113212244、2020113200548）。团队不满足于纳米材料的二维平面打印，更是采用直写型3D打印方式，在室温下实现了微纳材料宏观尺寸的可控加工工艺，避免了高温下性能失活等问题，克服模具的限制制备形状各异的荧光聚集器，进一步实现了微观可控合成向宏观块体加工的突破。该方法获批国家发明专利（专利号：ZL 2019 1 0401853.9）。
       上述研究成果得到了结构可控先进功能材料与绿色应用北京市重点实验室和材料学院先进材料实验中心的平台支持，得到了国家自然科学基金和科研院创新人才支持计划经费的支持。北理工材料学院博士生白冰为文章第一作者，北理工徐萌副教授和张加涛教授为共同通讯作者，北理工为第一通讯单位。
        论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202100286


        文章来源：北京理工大学
　　徐萌，副教授，2009年6月于浙江大学材料学院获得工学学士学位，2014年7月于中国科学院国家纳米科学中心获得理学博士学位，同年9月入职北京理工大学材料学院，目前主要从事半导体纳米晶与量子点的可控合成与光电、生物应用等方面的研究。以第一/通讯作者等在Chem、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Nat. Struct. Mol. Biol.、Nano Res.、Mater. Chem. Front.、Inorganic Chem. Front.、CryEngComm等期刊发表SCI论文30余篇。主持国家自然科学基金2项，以研究骨干参与国家自然基金委重点项目1项。
      张加涛，男，1975年10月出生，北京理工大学徐特立特聘教授，博士生导师。2000年毕业于山东建材学院应用化学系应用化学专业。2003年4月在北京理工大学材料科学研究中心获得应用化学专业硕士学位。2006年7月在清华大学化学系获得无机化学专业理学博士学位，师从李亚栋教授。2006年9月到2007年11月在德国卡尔斯鲁厄研究中心纳米研究所做博士后研究工作。2008年1月到2011年1月在美国马里兰大学物理系MinOuyang教授课题组做全职ResearchAssociate工作。2011年3月开始以海外高层次人才引进，被北京理工大学聘为首位徐特立教授。在美国马里兰大学做全职ResearchAssociate期间，以学术骨干参加了美国NSF、海军局、国防部等重大基础研究课题。突破性实现了大晶格失配度下金属/半导体纳米核壳结构的非外延生长，首次实现了光-物质-自旋在金属/半导体量子点核壳纳米粒子中的精确调控。以第一作者在Nature、Science、NanoLetter等国际著名学术期刊上发表文章10余篇，国内、国际专利3个，研究工作已被引用700余次。目前承担国家自然科学基金“纳米制造的基础研究”重大研究计划培育项目（91123001），教育部博士点基金，北京理工大学徐特立特聘教授启动基金，北京理工大学校级重大项目培育专项项目。2011年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”。