【原】神奇的材料！時(shí)間成了密碼鎖？羊毛+鈣鈦礦=倒計(jì)時(shí)墨水

想象一下一份機(jī)密文件，噴上水霧后，關(guān)鍵信息會在精確的第3秒、第30秒依次消失，只有掌握“時(shí)間密鑰”的人，才能在正確的時(shí)間窗口看到完整情報(bào)。一張奢侈品標(biāo)簽，用特殊“墨水”印制，專賣店用特制水霧噴一下，防偽信息會在預(yù)設(shè)的幾分鐘內(nèi)動態(tài)顯現(xiàn)又隱去，仿冒者連抄作業(yè)都來不及。一份快遞單，收件人信息在簽收后自動“倒計(jì)時(shí)溶解”，隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

這聽起來像科幻電影？不，這是哈爾濱工業(yè)大學(xué)葉騰凌課題組與廈門大學(xué)林友輝課題組聯(lián)合在期刊Chemical Engineering Journal, 2025, 515, 163778上發(fā)表的最新成果！他們利用廢棄羊毛中提取的角蛋白和一種神奇的光學(xué)材料——鈣鈦礦納米晶，制造出了前所未有的——“羊毛 + 納米晶 = 倒計(jì)時(shí)墨水”。墨水寫出的信息噴水后按秒消失，成為操控時(shí)間的魔法。

文章鏈接：

https:///10.1016/j.cej.2025.163778

核心材料很簡單：

羊毛角蛋白 (WK)：從羊毛中提取的天然生物大分子，水溶性好，自帶多種“鈍化”基團(tuán)（氨基、羧基等）和疏水烷基鏈，是鈣鈦礦納米晶天然的“保護(hù)”配體。鈣鈦礦納米晶 (PNCs)：一種發(fā)光效率極高的明星材料，色彩鮮艷純凈，但它有個(gè)“軟肋”——怕水，遇水就“啞火”（熒光淬滅）。科學(xué)家們的魔法在于如何精準(zhǔn)控制這個(gè)“啞火”的時(shí)間？秘密武器就是溶劑配方——時(shí)間控制臺，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種極其巧妙的 “溶劑工程”一步合成法。關(guān)鍵在于混合溶劑的組成和比例：

l “快閃”配方 (EtOH-H?O)：加入快揮發(fā)的乙醇。墨水遇水后，信息 3秒內(nèi)“閃退”！就像設(shè)置了超短倒計(jì)時(shí)。

l “標(biāo)準(zhǔn)”配方 (純H?O)：信息30秒后“隱身”。倒計(jì)時(shí)適中。

l “堅(jiān)盾”配方(DMF-H?O)：加入高沸點(diǎn)溶劑DMF。信息浸泡30分鐘以上依然清晰！甚至能設(shè)定更長的“潛伏期”，比如幾天。

l “精密調(diào)節(jié)”配方：通過微調(diào)DMF的比例（5%、7%、10%...），能將“隱身”時(shí)間精準(zhǔn)設(shè)定在3秒到220秒（約3.7分鐘）之間的任意一點(diǎn)！就像在調(diào)一個(gè)精密的定時(shí)器。

魔法原理：溶劑如何“雕刻”時(shí)間？

l 蒸發(fā)速度 = 建筑速度：乙醇跑得快（低沸點(diǎn)），WK“保護(hù)殼”匆匆蓋好，結(jié)構(gòu)疏松（β-折疊含量低，~40%），水分子輕松入侵，鈣鈦礦“秒啞火”。DMF慢悠悠（高沸點(diǎn)），WK有充足時(shí)間精心搭建，形成堅(jiān)固堡壘（β-折疊含量高，~48%），把水擋在門外。

l 結(jié)晶質(zhì)量：慢速結(jié)晶（DMF配方）能讓鈣鈦礦晶體長得更完美、包裹更嚴(yán)實(shí)，進(jìn)一步抵抗水的破壞。

l 空間封印：堅(jiān)固的WK“堡壘”把鈣鈦礦牢牢鎖在里面，即使水分子想搞破壞，也得花時(shí)間“撬鎖”。撬鎖時(shí)間的長短，就由“堡壘”的堅(jiān)固程度（溶劑配方）決定！

多級“時(shí)間密鑰”加密秀

①　初級：直接顯示 - 用單一墨水寫“8”，紫外燈下直接顯示“8”。

②　二級：浸泡解密 - 用三種墨水寫“8”。

l 剛寫完在紫外燈下是“8”。

l 泡水30分鐘后，快閃和標(biāo)準(zhǔn)墨水的部分消失，只剩堅(jiān)盾墨水寫的“7”。

l 加熱后，只有“7”能恢復(fù)。

③　多級：噴水倒計(jì)時(shí)（核心黑科技！） - 用三種墨水寫“abc”：

l 噴水第3秒：快閃墨水寫的“a”準(zhǔn)時(shí)消失！變成“bc”或“9”。（密鑰時(shí)間窗口：0-3秒看“abc”，3-30秒看“bc”）

l 噴水第30秒：標(biāo)準(zhǔn)墨水寫的“c”消失！只剩堅(jiān)盾墨水寫的“b”或“7”。（密鑰時(shí)間窗口：30秒后只能看到“b”）

l 加熱干燥后：神奇復(fù)原！變回“abc”。可循環(huán)20次以上！

優(yōu)勢顯著，前景廣闊：

l “時(shí)間”是終極密鑰：物理密鑰會丟，數(shù)字密鑰會被黑。但“在噴水后第X秒讀取”這個(gè)動作本身，就是最獨(dú)特、最難復(fù)制的密鑰！錯(cuò)過時(shí)間窗口，信息就“蒸發(fā)”了。

l 安全與便利兼顧：無需復(fù)雜設(shè)備，一瓶水霧+紫外燈（甚至未來可能集成在手機(jī)里）就能完成高級解密。堅(jiān)盾配方（DMF 50%）在水中泡30天亮度還能剩60%以上，耐用性拉滿。

l 綠色可持續(xù)：水基合成，原料來自廢棄羊毛，告別有毒化學(xué)配體（油酸/油胺），成本低環(huán)境友好。

l 色彩隨心變：通過更換鈣鈦礦配方（氯、溴混合或無機(jī)銫基），還能發(fā)出藍(lán)光、紅光等，實(shí)現(xiàn)彩色動態(tài)時(shí)間加密，信息量更大更炫酷。

結(jié)語：

這項(xiàng)由哈工大和廈大團(tuán)隊(duì)開發(fā)的“溶劑工程”羊毛蛋白鈣鈦礦“時(shí)間墨水”，巧妙地利用了生物大分子的結(jié)構(gòu)可調(diào)性和鈣鈦礦優(yōu)異的光學(xué)特性，首次實(shí)現(xiàn)了水致變色響應(yīng)時(shí)間的寬范圍、高精度、可區(qū)分的調(diào)控，將“時(shí)間維度”真正變成了信息加密的一把強(qiáng)大而獨(dú)特的“密鑰”。它不僅解決了傳統(tǒng)材料的痛點(diǎn)，更以其綠色、簡便、高效、安全、可逆的特點(diǎn)，為未來高安全性動態(tài)信息加密、防偽和存儲技術(shù)開辟了一條極具前景的新道路。或許不久的將來，我們收到的機(jī)密文件或購買的貴重商品上，就會用上這種會“定時(shí)消失”又“定時(shí)重現(xiàn)”的神奇墨水！

本文來自材料科學(xué)與工程公眾號，感謝論文作者團(tuán)隊(duì)支持。