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  在防偽與信息安全快速發展的今天，如何在保證高安全等級的前提下，同時實現材料的可持續性與制造工藝的可擴展性，成為全球材料科學與電子器件領域共同面臨的挑戰。許多現有防偽器件往往依賴單一刺激才能被識別，難以應對復雜多變的使用環境，而主體材料不可降解的問題也使其在環境端造成累積負擔。能夠兼具多模態讀取、結構穩定、可印刷制造與按需降解的防偽材料體系仍然十分稀缺。

  針對這一系列亟待解決的問題，四川大學盧燦輝教授、周澤航副研究員聯合德國德累斯頓工業大學/馬普微結構物理研究所博士后郭泉泉博士，設計了一種基于 MXene 與 TEMPO 氧化纖維素納米纖維（TOCNF）的復合印刷體系。通過利用 MXene 出色的光熱、電熱響應性能與其在紅外波段的低發射率特性，并結合 TOCNF 構建穩定的氫鍵網絡以改善墨水的流變性質與機械性能，團隊成功實現了可規模化絲網印刷加工、多刺激響應以及按需快速降解的功能化防偽器件。這一體系不僅能夠在可見光、紅外以及電刺激條件下呈現多模可控的顯隱轉換，還可通過 H₂O₂ 處理在短時間內實現完整降解，兼具高制造可行性與環境友好性。研究為下一代柔性防偽電子器件提供了一種可持續的集成式材料方案。

  2025年11月20日，該研究以“Screen-printed multifunctional anti-counterfeiting MXene-based device with ultra-fast on-demand degradability”為題發表在 Advanced Functional Materials上（Adv. Funct. Mater. 2025, e20258）。四川大學為第一完成單位，德累斯頓工業大學博士研究生馮詩藝、四川大學碩士研究生許根睿為共同第一作者，四川大學盧燦輝教授、周澤航副研究員及德累斯頓工業大學/馬普微結構物理研究所博士后郭泉泉博士為共同通訊作者。

圖1 MXene-TOCNF 多刺激響應與快速降解器件示意圖

圖2 M-T 復合墨水流變性能與涂層力學/結構穩定性表征

  研究首先制備了具有出色流變性能的 MXene–TOCNF 復合墨水。在 TOCNF 的牽引下，MXene 片層形成穩定的氫鍵網絡結構，使墨水兼具適合絲網印刷加工的剪切變稀行為與極佳的觸變性。復合膜的楊氏模量與硬度大幅提升，納米劃痕實驗中界面黏附力顯著增強，表現出優異的結構穩定性，為高分辨率圖案的高保真印刷提供了可靠基礎。

圖3 M-T 涂層的紅外隱身與隱蔽信息識別防偽性能

  得益于 MXene 在紅外波段的低發射率特征，團隊構建了肉眼不可見的隱形紅外二維碼。在可見光條件下，黑色基底上的黑色 MXene 圖案幾乎無法辨識，而在中紅外熱像儀下能夠清晰呈現并實現掃碼識別。這種在可見光不可觀測、但可通過紅外實現讀取的雙重編碼策略顯著提升了防偽安全等級，在身份驗證、隱藏式信息存儲等場景展現出獨特優勢。

  此外，該器件在光刺激與電刺激下均能快速實現可逆顯隱切換。MXene 的光熱與電熱效應使圖案區域溫度迅速升高，導致材料透光特性發生變化，從而使圖案短暫顯現；當刺激移除后，圖案又會重新隱去。經過百次循環顯隱測試后性能依然穩定，顯示出良好的可重復性與可靠性，為智能防偽標簽與交互式加密信息提供了可行方案。

  在器件可持續性方面，這一體系展現了目前 MXene 功能材料中罕見的快速降解能力。在 H₂O₂ 輔助超聲環境下，印刷圖案可在約 200 秒內完全降解，且細胞實驗表明降解產物具備良好的生物相容性，為一次性防偽標簽、醫療貼片與可消失式身份認證材料提供了環保友好的選擇。

圖4 M-T 涂層在 H₂O₂ 中的快速降解與生物相容性評估

  整體而言，該研究基于可擴展的絲網印刷工藝構建了一個集多模態響應、高機械性能與按需快速降解于一體的 MXene 功能體系。材料設計兼顧了安全性、可持續性和制造可行性，為柔性防偽電子器件及未來的可持續安全技術提供了新的研究思路與實現路徑。

  該工作是研究團隊近期關于MXene/納米纖維素復合功能材料的加工制備與功能化應用相關研究的最新進展之一。本團隊長期圍繞 MXene/CNF 復合材料的加工制備、界面耦合與宏觀組裝方面的研究，形成了“材料設計-流變調控-大尺度制備-多場景功能應用”的研究路線。重點包括以MXene 與 TEMPO 改性納米纖維素 CNF 的耦合為核心，通過噴涂分層組裝(ACS Nano 2021, 15, 12405-12417)、濕磨/共磨一鍋法(Compos. Part A 2022, 157, 106907)、濕法刮涂(ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 36060?36070)等低成本高產工藝實現高取向、高密度層狀結構的薄膜與紙基材料；在界面工程方面，CNF 的–COOH /–OH與 MXene 的 –OH/–O/–F 等官能團通過氫鍵及離子端交聯等手段有效抑制MXene重堆疊、增強界面結合與力學性能，并通過引入Ni²⁺/SA 的金屬配位交聯進一步提升層間粘結與結構熱穩定性(J. Mater. Chem. C 2019, 7, 9820) ；在功能應用方面，所制備的 MXene/CNF 復合膜在電導、熱管理、微波電磁屏蔽 EMI、以及電/光熱去冰等方面表現出顯著優勢(Cellulose 2020, 27, 7475–7488)，且通過工藝放大和取向調控實現了大面積可制備性與可重復性，相關工作形成了從材料合成、界面調控到器件示范的完整研究體系，為 MXene/CNF 復合功能材料的產業化應用奠定了方法學基礎。

  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202520258