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北京化工大學郭金寶教授課題組、東南大學李全院士團隊《Nat. Commun.》：基于液晶光子膠囊的光觸發全彩色圓偏振發光

2023-06-02 來源：高分子科技

隨著數字技術的發展，信息安全引起了廣泛的關注。傳統加密手段二維碼僅有一道加密工序，易于破解和仿制，開發先進材料來實現多級信息加密成為了研究熱點。圓偏振發光（CPL）材料所攜帶的波長、強度、手性等信息在信息防偽與加密領域嶄露頭角，膽甾相液晶（CLC）的螺旋超結構具有手性放大和刺激響應性能，是誘導產生高發光不對稱因子（g_lum）的CPL的優良介質。然而，小分子液晶的流動性限制了實際應用；而聚合物液晶的剛性網絡抑制了分子的光異構化。如何發展多重響應、精確調控、較高g_lum值、易于加工的CPL材料成為了一個挑戰。

近日，北京化工大學的郭金寶教授課題組與東南大學李全院士團隊合作，報道了具有光觸發全彩色CPL的液晶光子膠囊（LCPCs）在多級信息加密領域的應用。本研究在LCPCs中構建了從手性供體(S)-CNB到非手性分子開關DG和DR的F?rster共振能量轉移（FRET）平臺，制備了顏色可調控的固體薄膜。LCPCs的流動液芯為DG和DR的光異構化提供了充足的空間，聚合物殼具備了優異的加工性能。通過逐步FRET過程，實現了從藍色發射到紅色發射的光調控，顏色遷移多達160 nm，FRET效率高達94.0%。這些LCPCs由于能量和手性轉移的協同效應，CPL從初始藍色發射到RGB三色信號的光轉換，最大g_lum值可達-0.11。并且由于每個時間節點的FRET效率不同，LCPCs的發射色表現出很強的時間依賴性。通過將不同質量比的三色LCPCs混合在聚乙烯醇中，制備了光調控全彩色CPL薄膜。由于全彩色CPL存儲密度大、安全級別高，這些LCPC薄膜在信息加密領域有廣闊的應用前景。

基于LCPC薄膜的光調控熒光變色、時間響應以及CPL的特性，展示了4D信息加密與解密的概念。使用6種LCPC薄膜制備了高安全級別的條形碼，隨著輻照時間t的增加，條形碼從初始的1D藍色熒光碼逐漸變為3D全彩色CPL碼。此外，這些光響應LCPC薄膜的熒光強度可以描述為t和RGB組分的函數，具有自己特定的I-t曲線。在不同時間節點，每個LCPC薄膜具有不同的RGB分數變化率，可以將預設的數值輸入電腦作為解密的重要組成部分。設計的條形碼對應三組ASCⅡ二進制代碼，當薄膜的RGB分數與預設數據一致時，電腦輸出信號“1”，否則輸出信號“0”。解密過程所需的密碼本被設置成（顏色通道數，輻照時間，偏振狀態），如（5，90s，CPL）意味著條形碼只有在5種顏色狀態、符合90s各LCPC薄膜的RGB組分、讀取CPL信息的條件下才能夠成功解密。這種集成熒光、時間響應、全彩色發射和CPL特性的LCPC薄膜展示了在多級信息加密領域的強大潛力。

論文信息：Photo-Triggered Full-Color Circularly Polarized Luminescence Based on Photonic Capsules for Multilevel Information Encryption.

Siyang Lin, Yuqi Tang, Wenxin Kang, Dr. Hari Krishna Bisoyi, Prof. Jinbao Guo*, Prof. Quan Li*

https://doi.org/10.1038/s41467-023-38801-1

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（責任編輯：xu）

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