用白醋写字,“火眼金睛”读取隐藏的秘密

用白醋写字,“火眼金睛”读取隐藏的秘密
2020年01月13日 09:38 新浪科技综合

  来源:中科院之声

  在电影和电视剧里,有时可以看到这样的故事情节:情报人员用米汤在纸上写字,待米汤干燥后送出。而收到情报的人员, 把这张“白纸”放入碘酒中泡一下,就可以读到纸上的秘密信息。

  用米汤在普通纸上写字然后用碘酒显字,这其实是一种传统的加密解密技术。其原理是米汤中含有淀粉,而淀粉遇到碘就会变蓝,这是由淀粉本身分子结构的特点决定的。这种类型的加密解密技术,对于信息保护、防伪和数据存储等领域具有重要意义。

  寻找更多、更安全的“会变色”油墨

  近年来,科研人员研究了有机染料、量子点以及稀土元素掺杂材料等光致发光材料在信息保护、防伪和安全等领域的应用。一般来说,科研人员会把光致发光材料加入到溶剂中,来制备可用于印刷和打印的光致发光安全油墨。

  但这种光致发光安全油墨的缺点较多。比如,油墨的配方参数通常需要在使用前进行优化;有些含有有机染料的油墨的光稳定性较差;一些量子点和镧系元素掺杂材料的合成会引入重金属,可能会引起潜在的毒性和环境问题;尽管光致发光安全油墨在环境光下人的眼睛看不见,但在紫外光或近红外光下可以轻易地被检测到。

  因此,光致发光安全油墨的安全级别需要进一步提高,这样才能更好地用于秘密信息的保护。

  近年来,通过微观结构变化引起颜色变化的刺激响应材料引起了人们的广泛关注。用于触发颜色变化的刺激因素包括光、蒸汽、机械力、pH值、温度、电场、磁场等。不过,许多刺激因素在日常生活中不容易获得,导致在实际应用中难以方便快速地对加密信息进行解密。

  新型密写纸:柔软耐火烤,还能藏信息

  最近,中科院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员带领的科研团队在新型耐火纸研究工作的基础上,采用羟基磷灰石超长纳米线和植物纤维复合,研制出一种新型密写纸,可用于秘密信息的快速加密和快速解密。

  新型密写纸外观上与普通纸一样呈现白色。它的主要成分是羟基磷灰石。羟基磷灰石是一种天然矿物质,也是人体骨骼和牙齿的主要无机成份。在我们人体骨骼中,含有大约70%的羟基磷灰石,牙釉质中含有高达90%以上的羟基磷灰石。

图1  基于羟基磷灰石超长纳米线的新型密写纸图1  基于羟基磷灰石超长纳米线的新型密写纸

  朱英杰团队合成出直径约为10纳米、长度可达几百微米的羟基磷灰石超长纳米线。它非常细,大约只有人的头发丝的万分之一这么细。在高倍扫描电子显微镜下观察,可以看到这些线可以自然弯曲,看上去就像又长又细又软的面条一样,具有良好的柔韧性。

图2。 新型密写纸具有良好的柔韧性,可以任意弯曲、扭曲和折叠图2。 新型密写纸具有良好的柔韧性,可以任意弯曲、扭曲和折叠

  近几年来,朱英杰团队采用羟基磷灰石超长纳米线作为主要构建材料,研制出20多种具有不同功能的新型耐火纸,在特种耐火、功能化耐火、阻燃耐火、隔热、电子信息、能源、环境保护、生物医学等多个领域具有良好的应用前景。

  白醋当墨水,便宜又管用

  那么,要想实现加密解密的功能,这种纸得搭配特制的墨水吧?没错,这种隐形安全墨水就是——白醋。用白醋在密写纸上写字,待干燥后,就变成了普通的“白纸”。火烤几秒后,纸上的信息就会清晰可见了。

  视频1。 用白醋在新型密写纸上书写的秘密信息在可见光下人的眼睛看不见,但在火烧几秒钟后秘密信息就显露出来并可以清晰地看见了

  这个过程很简单,原理也并不复杂。这是因为,新型密写纸是由羟基磷灰石超长纳米线、植物纤维这两种不同的物质复合而成的。羟基磷灰石超长纳米线耐高温、耐火,而植物纤维很容易燃烧。

  当用火烤纸的时候,植物纤维部分不完全燃烧,产生了黑色的碳颗粒。这些黑色碳颗粒覆盖在羟基磷灰石超长纳米线上,使得纸的颜色由白色转变为灰黑色。

  而由于白醋中的醋酸分子具有催化作用,用白醋书写过的区域内的植物纤维加速燃烧氧化生成二氧化碳气体而被除去,在纸上基本上就不会留下黑色碳颗粒。这就导致用白醋书写过的区域,在燃烧后呈现羟基磷灰石超长纳米线的颜色还是白色的。

  也就是说,新型密写纸用火烧仅仅几秒钟后,用醋书写的文字和图案呈现出白色,而没有用醋写字的区域呈现黑色,这样新型密写纸中的秘密信息就清晰地显露出来了。

图3。 可以使用装有白醋的各种笔作为书写工具、用白醋作为安全墨水在新型密写纸上书写秘密信息(加密过程); 解密过程采用火烧几秒钟后,就可以清晰地看见新型密写纸上的秘密信息了图3。 可以使用装有白醋的各种笔作为书写工具、用白醋作为安全墨水在新型密写纸上书写秘密信息(加密过程); 解密过程采用火烧几秒钟后,就可以清晰地看见新型密写纸上的秘密信息了

  这种密写技术简单却很实用,因为白醋作为墨水的话,便宜还不用提前做进一步加工,解密过程快速且便捷,用火烤一烤就行。因此,这种新型密写纸在秘密信息保护、防伪、安全等领域具有良好的应用前景。

  相关研究工作以“Secret Paper with Vinegar as an Invisible Security Ink and Fire as a Decryption Key for Information Protection”为题发表在国际重要学术期刊《欧洲化学》上 (Chemistry - A European Journal, 2019, 25, 10918–10925)。

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