ACS Materials Lett. | 基于机械发光效应的智能电子密码锁
ACS Materials Lett. | 基于机械发光效应的智能电子密码锁
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以下文章来源于ACS材料X ，作者ACS Publications
探索科学，前瞻未来
英文原题： Intelligent Electronic Password Locker Based on the Mechanoluminescence Effect for Smart Home
作者 ： Jiaxin Yin （尹嘉欣） , Xiaoqing Huo （霍晓晴） , Xiaole Cao （曹晓乐） , Ruonan Li （李若男） , Yuxuan Zhou （周宇萱） , Tao Jiang （蒋涛）
近年来，随着密码储物柜安全性能不断的提升和突破，人们对自己的财产安全和信息安全也有了更高的要求。传统的密码锁机械结构复杂，需要必要的电气连接。虽然密码排列组合可选择性多，但位置固定，易被破解。这就使得人们想要开发新的锁定方式的密码锁。
图 1. 智能电子密码储物柜开锁机制流程图
近日，北京纳米能源与系统研究所吴治峄研究员团队提出了一种基于机制发光效应的电子密码储物柜。如图 1 所示，这种机制的密码柜的无源结构避免了传统储物柜的必要电气连接，从而获得了更简单的结构。
该 密码储物柜的按键面板在受到机械应力时会产生 512nm 左右的绿色可见光，光强会随着作用力的增强而增强。同时，触摸板的海绵结构中的孔隙可以对材料提供应力集中效应。当材料通过压制变形时，由于应力集中效应，局部产生更多的应力，并导致更强的光信号，可以使触摸板在机械应力下获得更高的发光强度。
图 2 . 触摸板的制备和性能表征
为了进一步提升密码储物柜的安全性能，通过简单的一步喷涂法对密码储物柜的触摸板表面进行了防指纹处理。经过处理的表面具有良好的自清洁能力，并且与甘油，水和人造汗液表现出具有高的接触角。除此之外，该表面也表现出对环境的稳定性和一定的机械耐久性。
图 3. 防指纹层的制备和性能表征
该密码储物柜是由光信号发生单元、光电信号处理电路和解锁接口程序组成。其中，光信号处理电路是通过惠斯通电桥来灵敏表现电信号的变化，解锁是通过判断不同通道的电压值是否达到阈值来实现的。不同按键通道之间的影响也因为按键之间的距离和既定阈值得到了消除。这样，仅需 6N 的力就可以实现密码储物柜的连接，从而实现解锁任务。
图 4. 密码储物柜的监控应用系统
在这项工作中，提出了一种新的智能家居密码储物柜。密码锁解锁机制的实现是基于机械应力、可见光发射和电信号之间的转换。位于触摸板下方的可见光传感器可实现按键的隐藏性和随机性，防指纹涂层的设计进一步增强了智能电子密码锁的安全性能。此外，密码锁系统有望与深度学习相结合，通过提取用户习惯信息来区分用户，从而提高密码锁的整体安全性。未来，在家庭及商场办公等区域对提高人们的生活安全指数和幸福体验感，有极高的可望性。
相关论文发表在期刊 ACS Materials Letters 上， 吴治峄研究员 为通讯作者。
通讯作者信息：
吴治峄 中国科学院北京纳米能源与系统研究所
吴治峄，中国科学院北京纳米能源与系统研究所青年研究员、博士生导师。主要从事纳米发电机和自驱动微系统领域的研究，并开展其在机器人、智能装备、物联网和智慧城市等领域的应用研究。已在 Advanced Materials 、 Advanced Energy Materials 、 Materials Today 、 Nano Energy 、 ACS Nano 、 Applied Physics Letters 等国际权威学术期刊上发表论文 30 多篇。在 Applied Physics Letters 上发表的 “ 能量采集手镯 ” ，先后获世界科技研究新闻资讯网 Phys.org 专题报道、新华社采访报道以及网易和搜狐等几十家新闻媒体转载。
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ACS Materials Lett. 2023, 5 , 11–18
Publication Date: December 2, 2022
https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.2c01009
Copyright © 2023 American Chemical Society