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用白醋寫字,“火眼金睛”讀取隱藏的祕密

http://finance.sina.com   2020年01月12日 17:38   北京新浪網

  來源:中科院之聲

  在電影和電視劇裏,有時可以看到這樣的故事情節:情報人員用米湯在紙上寫字,待米湯乾燥後送出。而收到情報的人員, 把這張“白紙”放入碘酒中泡一下,就可以讀到紙上的祕密信息。

  用米湯在普通紙上寫字然後用碘酒顯字,這其實是一種傳統的加密解密技術。其原理是米湯中含有澱粉,而澱粉遇到碘就會變藍,這是由澱粉本身分子結構的特點決定的。這種類型的加密解密技術,對於信息保護、防僞和數據存儲等領域具有重要意義。

  尋找更多、更安全的“會變色”油墨

  近年來,科研人員研究了有機染料、量子點以及稀土元素摻雜材料等光致發光材料在信息保護、防僞和安全等領域的應用。一般來說,科研人員會把光致發光材料加入到溶劑中,來製備可用於印刷和打印的光致發光安全油墨。

  但這種光致發光安全油墨的缺點較多。比如,油墨的配方參數通常需要在使用前進行優化;有些含有有機染料的油墨的光穩定性較差;一些量子點和鑭系元素摻雜材料的合成會引入重金屬,可能會引起潛在的毒性和環境問題;儘管光致發光安全油墨在環境光下人的眼睛看不見,但在紫外光或近紅外光下可以輕易地被檢測到。

  因此,光致發光安全油墨的安全級別需要進一步提高,這樣才能更好地用於祕密信息的保護。

  近年來,通過微觀結構變化引起顏色變化的刺激響應材料引起了人們的廣泛關注。用於觸發顏色變化的刺激因素包括光、蒸汽、機械力、pH值、溫度、電場、磁場等。不過,許多刺激因素在日常生活中不容易獲得,導致在實際應用中難以方便快速地對加密信息進行解密。

  新型密寫紙:柔軟耐火烤,還能藏信息

  最近,中科院上海硅酸鹽研究所朱英傑研究員帶領的科研團隊在新型耐火紙研究工作的基礎上,採用羥基磷灰石超長納米線和植物纖維複合,研製出一種新型密寫紙,可用於祕密信息的快速加密和快速解密。

  新型密寫紙外觀上與普通紙一樣呈現白色。它的主要成分是羥基磷灰石。羥基磷灰石是一種天然礦物質,也是人體骨骼和牙齒的主要無機成份。在我們人體骨骼中,含有大約70%的羥基磷灰石,牙釉質中含有高達90%以上的羥基磷灰石。

圖1  基於羥基磷灰石超長納米線的新型密寫紙圖1  基於羥基磷灰石超長納米線的新型密寫紙

  朱英傑團隊合成出直徑約爲10納米、長度可達幾百微米的羥基磷灰石超長納米線。它非常細,大約只有人的頭髮絲的萬分之一這麼細。在高倍掃描電子顯微鏡下觀察,可以看到這些線可以自然彎曲,看上去就像又長又細又軟的麪條一樣,具有良好的柔韌性。

圖2。 新型密寫紙具有良好的柔韌性,可以任意彎曲、扭曲和摺疊圖2。 新型密寫紙具有良好的柔韌性,可以任意彎曲、扭曲和摺疊

  近幾年來,朱英傑團隊採用羥基磷灰石超長納米線作爲主要構建材料,研製出20多種具有不同功能的新型耐火紙,在特種耐火、功能化耐火、阻燃耐火、隔熱、電子信息、能源、環境保護、生物醫學等多個領域具有良好的應用前景。

  白醋當墨水,便宜又管用

  那麼,要想實現加密解密的功能,這種紙得搭配特製的墨水吧?沒錯,這種隱形安全墨水就是——白醋。用白醋在密寫紙上寫字,待乾燥後,就變成了普通的“白紙”。火烤幾秒後,紙上的信息就會清晰可見了。

  視頻1。 用白醋在新型密寫紙上書寫的祕密信息在可見光下人的眼睛看不見,但在火燒幾秒鐘後祕密信息就顯露出來並可以清晰地看見了

  這個過程很簡單,原理也並不複雜。這是因爲,新型密寫紙是由羥基磷灰石超長納米線、植物纖維這兩種不同的物質複合而成的。羥基磷灰石超長納米線耐高溫、耐火,而植物纖維很容易燃燒。

  當用火烤紙的時候,植物纖維部分不完全燃燒,產生了黑色的碳顆粒。這些黑色碳顆粒覆蓋在羥基磷灰石超長納米線上,使得紙的顏色由白色轉變爲灰黑色。

  而由於白醋中的醋酸分子具有催化作用,用白醋書寫過的區域內的植物纖維加速燃燒氧化生成二氧化碳氣體而被除去,在紙上基本上就不會留下黑色碳顆粒。這就導致用白醋書寫過的區域,在燃燒後呈現羥基磷灰石超長納米線的顏色還是白色的。

  也就是說,新型密寫紙用火燒僅僅幾秒鐘後,用醋書寫的文字和圖案呈現出白色,而沒有用醋寫字的區域呈現黑色,這樣新型密寫紙中的祕密信息就清晰地顯露出來了。

圖3。 可以使用裝有白醋的各種筆作爲書寫工具、用白醋作爲安全墨水在新型密寫紙上書寫祕密信息(加密過程); 解密過程採用火燒幾秒鐘後,就可以清晰地看見新型密寫紙上的祕密信息了圖3。 可以使用裝有白醋的各種筆作爲書寫工具、用白醋作爲安全墨水在新型密寫紙上書寫祕密信息(加密過程); 解密過程採用火燒幾秒鐘後,就可以清晰地看見新型密寫紙上的祕密信息了

  這種密寫技術簡單卻很實用,因爲白醋作爲墨水的話,便宜還不用提前做進一步加工,解密過程快速且便捷,用火烤一烤就行。因此,這種新型密寫紙在祕密信息保護、防僞、安全等領域具有良好的應用前景。

  相關研究工作以“Secret Paper with Vinegar as an Invisible Security Ink and Fire as a Decryption Key for Information Protection”爲題發表在國際重要學術期刊《歐洲化學》上 (Chemistry - A European Journal, 2019, 25, 10918–10925)。

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