Cellulose Luminescent Hydrogels Loaded with Stable Carbon Dots for Duplicable Information Encryption and Anti-counterfeiting

材料科学 自愈水凝胶 纤维素 发光 纳米技术 生物相容性 纳米材料 荧光 化学工程 浸出(土壤学) 纳米纤维 高分子化学 光电子学 物理 环境科学 量子力学 土壤科学 工程类 冶金 土壤水分
作者
Juan Wang,Peng Du,Yu‐I Hsu,Hiroshi Uyama
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (27): 10061-10073 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c01838
摘要

Luminescent hydrogels with flexibility and biocompatibility have attracted considerable interest in anti-counterfeiting application. However, conventional luminous substance is prone to release into the surrounding environment, causing accumulation and biotoxicity. The green synthesis of repeatable fluorescent materials from biomass remains challenging. Herein, we report the assembly of nano-cellulose hydrogel doped with naturally originated and multiple active sited carbon dots (CDs) and demonstrate the sustainable usage of information encryption. The problem of CDs leaching from the hydrogel matrix was solved via strong chemical interactions between the CDs and cellulose nanofibers. The facilely prepared hydrogels showed extraordinary mechanical properties and fatigue resistance (i.e., the stress, compressive modulus, and compressive toughness were up to 1607.30 kPa, 368.33 kPa, and 191.54 kJ/m3, respectively). Furthermore, this cellulose-based gel displayed bright green fluorescence under UV light, which could be quenched by Fe3+ ions and recovered in an ascorbic acid/EDTA-2Na mixture solution. Therefore, coded information can be easily input and interpreted via ionoprinting technique, realizing a simple display and erasing procedure. This elaborately designed biomimetic hydrogel can serve as effective communication media to improve security and expand critical applications in optoelectronic storage devices.
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