文章主要内容

       信息安全是维护社会稳定和国家安全的重要基石。针对传统静态防伪材料易被伪造的难题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所陈涛研究员、乐晓霞研究员团队在《高分子通报》发表综述，系统总结了智能聚合物凝胶在信息存储与防伪领域的最新进展。文章首先从化学色(依赖化学成分)和物理色(依赖微纳结构)两个维度，详细阐述了智能凝胶防伪材料的制备策略与显色机理。随后，重点探讨了从单色到多色、从单维到多维的防伪模式升级路径，解析了如何利用凝胶的刺激响应性实现动态信息的加密与解密。最后，文章梳理了该领域在稳定性、规模化及标准化评估方面面临的挑战，并展望了其与4D打印等技术融合的未来发展方向。该综述旨在为设计更高安全级别的智能防伪材料提供理论指导和设计思路。

图1 智能聚合物凝胶信息存储材料分类示意图(从单色到多色，从单维到多维)

文章背景

       伪造问题已成为全球性公害，对公共安全及经济秩序构成严重威胁。传统的防伪技术(如水印、全息图等)主要依赖静态信息存储，一旦其物理特征被破解，便极易被批量复制，难以应对日益精进的伪造手段。因此，开发具有更高安全性和动态可变特性的新型防伪材料成为迫切需求。聚合物凝胶作为一种具有三维网络结构的软湿材料，兼具环境响应性和可编程性。当暴露于光、热、化学物质等外部刺激时，智能凝胶能发生显著的颜色变化或形状形变。这种特性使其能够将信息“隐藏”在材料内部，只有在特定的解密条件下(刺激触发)才会显现。与传统静态防伪相比，基于智能凝胶的动态加密/解密机制为构建高等级信息安全系统提供了全新的范式。

文章概述

目前，构建智能凝胶防伪材料的核心在于实现可调的光学特性。该综述根据呈色机理的不同，将现有的研究策略主要分为两大类：

第一类是基于化学色的智能凝胶。这类材料主要通过引入发光中心(如碳点、有机染料、镧系金属离子等)赋予凝胶荧光性能。通过化学键合或物理掺杂将荧光单元引入凝胶网络，利用外部刺激(如pH、温度、光照)改变凝胶的溶胀状态或荧光分子的电子状态，从而实现荧光颜色的开关或转换。例如，利用镧系离子的动态配位作用，可构建具有可调荧光和自愈性能的防伪水凝胶。

第二类是基于物理色的智能凝胶。这类材料的颜色源于光与凝胶内部周期性微/纳米结构的相互作用(如干涉、衍射、散射)。典型的代表是光子晶体水凝胶，通过调控凝胶网络在溶剂中的溶胀或收缩，改变其晶格间距或折射率，从而产生可动态调节的结构色。此外，利用凝胶网络交联密度的空间差异引起的光散射变化，也可以实现灰度图案的隐藏与显示。

在单一呈色机制的基础上，为了进一步提高防伪的安全等级，多色与多维防伪成为当前的研究热点。文章指出，单一的颜色变化容易被破解，而结合多种发光机制(如荧光+磷光、荧光+结构色)可显著扩充信息编码容量。例如，我们团队开发的“荧光-结构色”双模水凝胶，利用两亲性分子的自组装形成层状结构，实现了结构色与荧光色的独立调控与协同加密，大幅提升了伪造难度。此外，将光学信息与形状变形(4D变化)相结合是实现多维防伪的重要途径。通过构建各向异性或梯度结构的凝胶，利用形状记忆或受控形变作为额外的“解密密钥”，只有在特定的几何形状下才能读取正确信息，从而构建出“光-形”协同的高级防伪平台。综上所述，智能聚合物凝胶凭借其丰富的刺激响应性和可设计性，在信息存储与防伪领域展现出巨大的应用潜力。通过跨学科的融合创新，建立标准化的性能评估体系，这类智能软材料有望在未来信息安全技术中发挥不可替代的作用。

本文为“高分子水凝胶”专题特约稿，以综述形式发表在《高分子通报》2025年第12期，欢迎关注阅读~

引用本文

孙雨 , 吴伽仪 , 吴越 , 乐晓霞 , 陈涛. 智能聚合物凝胶信息存储材料在防伪领域的研究进展 . 高分子通报 , 2025, 38(12), 1807–1825.Sun, Y.; Wu, J. Y.; Wu, Y.; Le, X. X.; Chen, T. Research progress on smart polymer gel information storage materials for anti-counterfeiting. Polym. Bull. (in Chinese), 2025, 38(12), 1807–1825.doi: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.242