CN103021263B - 一种纳米管密码元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纳米管密码元件，包括：至少单面透光的衬底；在所述衬底中适当位置设置的具有不同带隙的多个纳米管，以使光源可通过所述单面透光的衬底照射到所述多个纳米管。本发明的密码元件利用了不同纳米管被相同的激光光源（相同波长）激发后发出不同波长的光，以及相同的纳米管对不同的激发光源（不同波长）发出不同强度的光（尽管发射的光波长可能相等）的特性，使得密码的生成、存储和读取具有极高的安全性和极大的容量。本发明还提出了纳米管密码元件的制造方法。

Description

一种纳米管密码元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及纳米管元器件领域，特别涉及纳米管密码元件及其制造方法。

背景技术

密码的记录和存储一直以来都是一个研究的热点。当码字位数固定的情况下，其容量也确定下来，因此当容量饱和时，就需要扩充码字，从需要对整个密码系统进行升级和改进，而且只要密码被读取，就很难保证在读取过程中密码不被复制，从而现有的密码记录存储系统的安全性就成为一个无法解决的问题。因此，需要提供一种具有高安全性和高容量的密码元件。

发明内容

为了解决上述技术问题之一，本发明提供了一种纳米管密码元件，包括：至少单面透光的衬底；在所述衬底中适当位置设置的具有不同带隙的多个纳米管，以使光源可通过所述单面透光的衬底照射到所述多个纳米管。

其中：所述衬底的材料为玻璃、塑料之一或其组合。所述多个纳米管为碳纳米管，所述碳纳米管可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其组合。所述碳纳米管的直径为0.5-10nm。

特别地，所述衬底为包括下层衬底和上层衬底的双层衬底，所述上层衬底为透光材料。所述衬底包含用于粘结所述纳米管的黏胶。所述黏胶为硅胶。其中：所述下层衬底的材料为硅、玻璃、塑料之一；以及所述上层衬底的材料为石英、玻璃、蓝宝石、塑料之一或其组合。

同时，本发明还提供了一种纳米管密码元件的制造方法，包括如下步骤：提供下层衬底；将具有不同带隙的多个纳米管散布在所述下层衬底上；在所述下层衬底上密封上层衬底，所述上层衬底为透光材料。其中：所述下层衬底的材料为硅、玻璃、塑料之一或其组合。

所述制造方法还包括在所述下层衬底上涂覆黏胶的步骤。其中所述黏胶为硅胶。所述碳纳米管可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其组合。所述上层衬底的材料为石英、玻璃、蓝宝石之一或其组合。

此外，本发明还同时提供了另一种纳米管密码元件的制造方法，包括如下步骤：提供衬底；将具有不同带隙的多个纳米管散布在所述衬底上；将所述衬底加温至材料转变温度，以使所述纳米管嵌入所述衬底中；冷却所述衬底。

其中，所述衬底的材料为玻璃、塑料之一或其组合。所述纳米管为碳纳米管，所述碳纳米管可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其组合。所述材料转变温度为80℃到1600℃之间。

本发明的密码元件及其制造方法利用了不同纳米管对相同的激光光源（相同波长）激发后发出不同波长的光，以及相同纳米管对不同的激发光源（不同波长）发出不同强度的光（尽管发射的光波长可能相等）的特性，使得密码的生成、存储和读取具有极高的高安全性和极大的容量。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为碳纳米管的激发光源波长与发射光源的波长之间的关系图；

图2为碳纳米管的激发光源能量与发射光源的能量之间的关系图；

图3为根据本发明第一实施例的纳米管密码元件结构的示意图；

图4为根据本发明第二实施例的纳米管密码元件结构的示意图；

图5为根据本发明实施例的纳米管密码元件的工作原理示意图；

图6-8为根据本发明第二实施例的纳米管密码元件制造方法的中间过程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

纳米管特别是碳纳米管的很多特性已经被开发出来，然而随着这一领域研究的不断深入，其更多的特性也被开发出来。例如纳米管能够吸收与发散光波的特性。

本发明就利用了碳纳米管较宽的带隙分布以及不可复制性。在室温条件下，碳纳米管能够吸收较窄频谱的光波，并能稳定地散发还原光波。因此碳纳米管材料具有传输、储存和恢复光波信号的新性能。利用强力聚焦的激光照射碳纳米管，碳纳米管能够吸收光波，并以新的频谱发散光波，这些新频谱携带着反映碳纳米管材料物理特性的信号。进一步的研究表明，碳纳米管材料可以还原发散与原来所照射的频谱完全相同的光波。

根据申请人进一步的研究表明，参见Luo,ZT(Luo,Zhengtang)、Pfefferle,LD(Pfefferle,Lisa D.)、Haller,GL    (Haller,Gary L.)、Papadimitrakopoulos,F(Papadimitrakopoulos,Fotios)等人2006年12月6日第128期JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY第48页15511-15516，DOI:10.1021/ja0657096名为(n,m)abundance evaluation of single-walled carbon nanotubes byfluorescence and absorption spectroscopy，如图1、2所示，当用不同的激发光源（不同波长）照射碳纳米管时，碳纳米管将会发出不同强度的光（尽管发射的光波长可能相等）。而不同碳纳米管被相同的激光光源（相同波长）激发后发出不同波长的光。因此利用碳纳米管材料的这一新特性，可以通过纳米管材料特别是碳纳米管材料来传输、储存和恢复以光信号传送的密码。

根据本发明的实施例提出了一种纳米管密码元件，如图3、4所示，它包括：至少单面透光的衬底103；在所述衬底中适当位置设置的具有不同带隙的多个纳米管102-1,102-2，…102-n，以使光源可通过所述单面透光的衬底照射到所述多个纳米管。

根据本发明的第一实施例，衬底103；例如，玻璃、塑料之一的透光材料形成的衬底。在所述衬底上设置的具有不同带隙的多个纳米管102-1，102-2，…102-n。特别地，所述多个纳米管为碳纳米管，所述碳纳米管可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其组合，直径为0.5-10nm，在本发明的另一实施例中，所述碳纳米管的特征峰的分布可以为8个以上特征峰的分布。通过通常的化学气相沉积法所获得的碳纳米管即可以用于本发明。所述衬底及纳米管被加温到高于其化转变温度（transition temperature）后，例如80℃到1600℃之间，使纳米管嵌入玻璃或塑料衬底中来形成。

在另一实施例中，所述衬底为上下双层复合衬底，包含上层衬底103及下层衬底101，所述下层衬底101为例如硅、玻璃、塑料之一或其组合。上层衬底103为透光材料，特别地，可以选择从红外光到紫外光均可透过的材料，例如石英、玻璃、蓝宝石、硅之一或其组合。此外，密码元件还包括用于粘结所述衬底和所述纳米管的黏胶（未示出），例如硅胶。

如图5所示，当作为激发光源的激光束照射在本发明的纳米管密码元件上时，纳米管将被激发并发射光波，光谱仪或探测仪接收密码元件中纳米管发射光的光谱。由于在一个给定的纳米管密码元件中的多个纳米管组合具有唯一的带隙分布，因此发射光的光谱就形成了唯一的密码。纳米管带隙分布较宽的性质决定了此种密码元件的容量是相当大的。

本发明的纳米管密码元件的编码和解码均依靠特征峰的位置和强度。由于碳纳米管的手性分布非常广，因此所对应的特征峰的位置也很多。不同的碳纳米管的手性分布会有差异，所以不同碳纳米管的特征峰的分布也会有差异，因此可作为编码，而且其安全性也得以保证。具体来说，由化学气相沉积或高压放电所得到的碳纳米管粉末中，富含各种手性的碳纳米管。这些不同手性的碳纳米管混杂在一起，难以按照手性进行物理上的有效分离和筛选。在制造本发明的密码元件时，任取微量碳纳米管粉末。例如微量粉末中含有10根单壁碳纳米管，称为A组，假设其手性分别为（3，5）一根，（4，5）两根，（5，0）一根，（8，0）一根，（8，8）一根，（5，5）一根，（7，6）两根，和（9，4）一根。那么在一组激光光源的激发下，A组碳纳米管将发射出一组由一系列峰位和强度的特征能谱。而在制造下一个密码元件时，所取微量碳纳米管粉末，称为B组，无论其手性和数量都不会与A组相同。因此B组碳纳米管将发射出不同于A组的特征光谱。由于每组碳纳米管的手性和数量难以人为控制，并且每组碳纳米管有近乎无限种可能组合。一旦制成了一个由A或B组碳纳米管所组成的密码元件，很难再人为地复制另一完全相同的密码元件。因此，由碳纳米管组成的密码元件的安全性得以有效的保障。

此外，根据本发明的另一实施例，还提供了一种纳米管密码元件的制造方法，包括如下步骤：提供一透光衬底，所述衬底的材料为玻璃、塑料之一。将具有不同带隙的多个纳米管散布在所述衬底上，所述纳米管为碳纳米管，所述碳纳米管可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其组合；将所述衬底加温至高于材料转变温度（transition temperature），以使所述纳米管嵌入所述衬底中；所述材料转变温度例如为80℃到1600℃之间；冷却所述衬底。

根据本发明的又一实施例，如图6所示，还提供了另一纳米管密码元件的制造方法，包括如下步骤，提供下层衬底，例如，硅、玻璃、塑料之一形成的衬底。在所述下层衬底上设置黏胶，例如硅胶。如图7所示，将具有不同带隙的多个纳米管散布在所述下层衬底上，特别地，所述多个纳米管为碳纳米管，所述碳纳米管可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其组合，直径为0.5-10nm。通过通常的化学气相沉积法所获得的碳纳米管即可以用于本发明。如图8所示，在所述衬底上密封上层衬底，所述上层衬底为透光材料，特别地，可以选择从红外光到紫外光均可透过的材料，例如石英、玻璃、蓝宝石之一。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种纳米管密码元件，包括：

至少单面透光的衬底；

在所述衬底中适当位置设置的具有不同带隙的多个碳纳米管，以使光源可通过所述单面透光的衬底照射到所述多个碳纳米管，所述碳纳米管的特征峰的分布为8个以上特征峰的分布。

2.根据权利要求1所述的纳米管密码元件，其中：

所述衬底的材料为玻璃、塑料之一或其组合。

3.根据权利要求1所述的纳米管密码元件，其中：

所述碳纳米管可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其组合。

4.根据权利要求3所述的纳米管密码元件，其中：

所述碳纳米管的直径为0.5-10nm。

5.根据权利要求1所述的纳米管密码元件，其中所述衬底为包括下层衬底和上层衬底的双层衬底，所述上层衬底为透光材料。

6.根据权利要求5所述的纳米管密码元件，所述衬底包含用于粘结所述碳纳米管的黏胶。

7.根据权利要求6所述的纳米管密码元件，其中：所述黏胶为硅胶。

8.根据权利要求5所述的纳米管密码元件，其中：所述下层衬底的材料为硅、玻璃、塑料之一；以及所述上层衬底的材料为石英、玻璃、蓝宝石、塑料之一或其组合。

9.一种制作如权利要求1所述的纳米管密码元件的制造方法，包括如下步骤：

提供下层衬底；

将具有不同带隙的多个碳纳米管散布在所述下层衬底上，所述碳纳米管的特征峰的分布为8个以上特征峰的分布；

在所述下层衬底上密封上层衬底，所述上层衬底为透光材料。

10.根据权利要求9所述的纳米管密码元件的制造方法，其中：

所述下层衬底的材料为硅、玻璃、塑料之一或其组合。

11.根据权利要求9所述的纳米管密码元件的制造方法，还包括在所述下层衬底上涂覆黏胶的步骤。

12.根据权利要求11所述的纳米管密码元件的制造方法，其中所述黏胶为硅胶。

13.根据权利要求9所述的纳米管密码元件的制造方法，其中：

所述碳纳米管可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其组合。

14.根据权利要求9所述的纳米管密码元件的制造方法，其中：

所述上层衬底的材料为石英、玻璃、蓝宝石之一或其组合。

15.一种如权利要求1所述的纳米管密码元件的制造方法，包括如下步骤：

提供一透光衬底；

将具有不同带隙的多个碳纳米管散布在所述衬底上，所述碳纳米管的特征峰的分布为8个以上特征峰的分布；

将所述衬底加温至高于材料转变温度，以使所述碳纳米管嵌入所述衬底中；

冷却所述衬底。

16.根据权利要求15所述的纳米管密码元件的制造方法，其中：

所述衬底的材料为玻璃、塑料之一或其组合。

17.根据权利要求15所述的纳米管密码元件的制造方法，其中：

所述碳纳米管可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其组合。

18.根据权利要求15所述的纳米管密码元件的制造方法，其中，所述材料转变温度为80℃到1600℃之间。