(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210870962.7 (22)申请日 2022.07.22 (71)申请人 河南大学 地址 475001 河南省开封市顺河区明伦街 85号 (72)发明人 张文凯　孟献瑞　程妍妍　强顺飞　 房晓敏　丁涛　徐元清　徐浩　 刘保英　李建通　任艳蓉　王延鹏　 彭闯　 (74)专利代理 机构 郑州大通专利商标代理有限 公司 41111 专利代理师 张立强 (51)Int.Cl. D01F 8/10(2006.01) D01F 1/10(2006.01)D01D 5/00(2006.01) D01D 5/34(2006.01) G06T 7/10(2017.01) G06N 20/00(2019.01) H04L 9/08(2006.01) (54)发明名称 基于金属-介电-发光同轴多层复合纳米纤 维的PUF器件以及采用该器件生成密钥的方法 (57)摘要 本发明属于PUF器件制备技术领域， 具体涉 及一种基于金属 ‑介电‑发光同轴多层复合纳米 纤维的PUF器件以及采用该器件生成密钥的方 法。 所述PUF器件是将同轴三层纳米纤维封装后 得到， 所述同轴三层纳米纤维包括由内 向外依次 设置的芯层、 中间层、 以及壳层； 所述芯层为等离 激元金属层， 等离激元金属层采用等离激元金属 纳米粒子、 等离激元金属纳米线或等离激元金属 纳米纤维制备而成； 所述中间层为聚合物介电 层； 所述壳层为发光层。 采用本发明制备得到的 PUF器件可以生成随机性和唯一性较高的密钥， 该密钥熵源为纳米尺度下等离激元电磁场的空 间分布不确定性， 可以生 成超高空间存储容量的 密钥， 密钥空间存 储量可以超过4  Tbit/mm3。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115216861 A 2022.10.21 CN 115216861 A 1.基于金属 ‑介电‑发光同轴多层复合纳米纤维的PUF器件， 其特征在于， 所述PUF器件 是将同轴三层纳米纤维封装后得到， 所述同轴三层纳米纤维包括由内向外依次设置的芯 层、 中间层、 以及壳层； 所述芯层为等离激元金属层， 等离激元金属层采用等离激元金属纳米粒子、 等离激元 金属纳米线或等离 激元金属纳米纤维制备而成； 所述中间层为聚合物介电层； 所述壳层为发光层。 2.根据权利要求1所述的PUF器件， 其特 征在于， 所述金属为金或银。 3.根据权利要求1所述的PUF器件， 其特征在于， 所述聚合物介电层的聚合物为聚乙烯 醇、 聚乙烯吡咯烷酮、 聚甲基丙烯酸甲酯、 聚苯乙烯、 聚氧化乙烯或聚丙烯腈。 4.根据权利要求1所述的PUF器件， 其特征在于， 所述发光层采用荧光物质稀土荧光颗 粒、 荧光染料、 量子点、 碳 点或光电聚合物制备而成。 5.根据权利 要求1所述的PUF器件， 其特征在于， 所述PUF器件是将同轴三层纳米纤维用 硅酮胶进行封装后得到 。 6.权利要求1～5任一项所述的PUF器件的制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： （1） 制备金属 ‑介电‑发光同轴三层纳米纤维： 通过三轴静电纺丝工艺， 制备芯层、 中间 层和壳层， 得到金属 ‑介电‑发光同轴三层 纳米纤维； （2） 封装： 将金属 ‑介电‑发光同轴三层 纳米纤维用硅酮胶进行封装， 制备 得到PUF器件。 7.根据权利要求6所述的制备 方法， 其特 征在于， 所述芯层静电纺丝液制备 方法如下： 将金纳米粒子、 银纳米粒子、 银纳米立方体或银纳米线溶于聚乙烯吡咯烷酮溶液或聚 乙烯醇溶 液中， 然后在40℃下剧烈搅拌5  h， 得到芯层静电纺丝液； 聚乙烯吡咯烷酮溶液或聚乙烯醇溶液中， 银纳米粒子或银纳米立方体的浓度为2.5～ 10 mM， PVP/Ag或PVA /Ag的摩尔比为530: （1～4） ； 银纳米线的浓度为5～2 0 mg/mL； 金纳米粒 子的浓度为0.01～1  mM。 8.根据权利要求6所述的制备 方法， 其特 征在于， 所述中间层静电纺丝液制备 方法如下： 将聚合物聚乙烯醇、 聚乙烯吡咯烷酮、 聚甲基丙烯酸甲酯、 聚苯乙烯、 聚氧化乙烯、 聚丙 烯腈溶于溶剂中， 然后在40℃下剧烈搅拌5  h， 得到中间层静电纺丝液， 最终聚合物浓度为 0.1～3wt %， 所述溶剂为水、 乙醇、 甲苯、 水或DMSO。 9.根据权利要求6所述的制备 方法， 其特 征在于， 所述壳层纺丝液制备 方法如下： 将荧光物质溶于聚乙烯醇溶液、 聚苯乙烯溶液或聚乙烯吡咯烷酮溶液中， 然后在40℃ 下剧烈搅拌5  h， 得到壳层纺丝液； 所述荧光物质为稀土荧光颗粒、 荧光染料、 量子点、 碳点或光电聚合物荧光物质的浓度 为0.01～1  mM或1～10 0mg/mL。 10.采用权利要求1～5任一项所述的PUF器件生成密钥的方法， 其特征在于， 包括以下 内容： （1） 同轴三层复合纳米纤维内禀熵提取： 通过超分辨荧光显微镜和荧光寿命显微镜获权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115216861 A 2取单根复合纳米纤维的荧光 强度和荧光寿命图像， 对单根复合纳米纤维的超分辨荧光图像 或荧光寿命图像进行分割 、 标准化和增强等预处 理； （2） 密钥生成： 采用感知哈希、 差分哈希、 均值哈希、 Gabor变换、 Hough变换或机器学习 生成密钥。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115216861 A 3