基于宏观超分子组装的三维信息码
随着信息技术的发展，对信息的存储容量以及安全性提出了更高的要求。传统信息存储方式，信息一旦被存储在传递介质中，就难以改变信息内容，存储的信息不具有动态性、保密性差。研究者通过将刺激响应性的水凝胶引入到三维信息码中，实现了动态安全的信息存储。然而现有的三维信息码响应条件单一，在单一的刺激下，存储的信息即可被读取。针对上述问题，宏观超分子组装作为一种制备多功能材料的方法，可以将多种具有不同刺激响应的构筑基元集成在同一体系中，从而构筑具有多重刺激响应的信息码，有效的提高信息存储容量与安全性。本论文中，通过共混电解质分子与刺激响应性物质的方式，将静电相互作用与多种刺激响应性集中在同一水凝胶构筑基元中，提高了水凝胶的功能性，实现水凝胶的宏观超分子组装与刺激响应双重功能。通过将多种水凝胶构筑基元有序编排并组装，利用特定条件下水凝胶组装体的显色过程，实现其在信息编码领域中的应用。将离子刺激响应与光刺激响应相结合，可以提高信息码的存储容量以及安全性。本论文得到的研究成果如下： （1）通过在甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)水凝胶内部共聚电解质分子甲基丙烯酸钠(SMA)与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)，成功制备了甲基丙烯酸钠和甲基丙烯酸羟乙酯共聚水凝胶(PMMA-co-PHEMA)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和甲基丙烯酸羟乙酯共聚水凝胶(PDMC-co-PHEMA)，PMMA-co-PHEMA、PDMC-co-PHEMA两种聚电解质水凝胶间的静电相互作用力可达到417.4±127.7N/m2。继而在其内部分别掺杂淀粉、钼酸铵、荧光染料分子等多种刺激响应性物质，成功制备了在稀碘液中表面变成深蓝、365nm紫外光照射下表面变成墨绿以及紫外光照射下发出红色荧光的聚电解质水凝胶，使水凝胶同时具有了宏观超分子组装与刺激响应性双重功能。 （2）基于上述具有静电相互作用与刺激响应性双重功能的水凝胶，我们将多种水凝胶构筑基元进行有序编排。依靠表面吸附荧光红染料分子的PDMC水凝胶和掺杂淀粉分子的PMMA水凝胶间390.2±22.1N/m2的静电相互作用，掺杂钼酸铵的PDMC水凝胶和掺杂淀粉分子的PMMA水凝胶间208.9±82.6N/m2的静电相互作用，组装成信息码载体；通过在特定条件下的显色过程，并结合智能图像识别，实现信息的读取。具有特定编排顺序的宏观超分子组装体在1M的氯化钠溶液中可以实现解组装过程，进而达到信息擦除的效果，有效提高了存储信息的安全性。
宏观超分子组装;聚电解质;静电相互作用;多重刺激响应;信息编码
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
石峰
2022
中文
R318
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）