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天津大學(xué)龔俊波教授/湯偉偉副教授 Small 綜述：纖維素基圓偏振發(fā)光材料 - 合成、調(diào)控和應(yīng)用

2025-01-08 來源：高分子科技

目前，圓偏振發(fā)光（CPL）在3D顯示、信息存儲和光學(xué)傳感等領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。手性環(huán)境和發(fā)光體是構(gòu)建CPL材料的兩個必不可少的元素，二者之間的相互作用決定了光學(xué)特性。將發(fā)光基團(tuán)封裝到不對稱空間或與手性模板共組裝是合成CPL材料的一種可行途徑。纖維素納米晶體（CNCs）作為一種天然綠色的液晶材料，經(jīng)過蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝形成左旋層狀薄膜，這種結(jié)構(gòu)可以提供一個有效的不對稱空間。將發(fā)光體嵌入到CNC膜的手性模板中，是高效制備CPL材料的有效手段。

圖1：纖維素基的圓偏振發(fā)光材料合成，調(diào)控，應(yīng)用

近期，天津大學(xué)龔俊波教授/湯偉偉副教授團(tuán)隊從合成、調(diào)控和應(yīng)用三個方面詳細(xì)的總結(jié)了纖維素基CPL材料的研究現(xiàn)狀。本工作從圓偏振發(fā)光的產(chǎn)生及纖維素基手性發(fā)光材料的合成展開介紹。從手性和發(fā)光團(tuán)兩個方面切入，介紹了CNCs的來源及CNC基薄膜的物理化學(xué)改性，并總結(jié)了常見的引入CNCs的發(fā)光團(tuán)的種類及性能。接下來，總結(jié)了纖維素基手性發(fā)光材料的合成策略，包括共組裝技術(shù)、原位嵌入策略和缺陷破壞設(shè)計，均可以有效地將發(fā)光體封裝到CNC組織中。此外，總結(jié)了CPL調(diào)控的各種策略，包括光子帶隙的匹配、光路設(shè)計、結(jié)構(gòu)控制和刺激驅(qū)動變化，為CPL操縱提供了新的視角。這種基于纖維素的CPL材料因其具有多模態(tài)和可轉(zhuǎn)換的手性光學(xué)特性，在防偽、光學(xué)傳感和聚合反應(yīng)中的手性誘導(dǎo)方面等具有廣泛應(yīng)用。最后，對性能調(diào)控和功能應(yīng)用方面提出展望。本綜述旨在為手性光學(xué)材料的構(gòu)建提供啟發(fā)，以“Circularly Polarized Luminescence in Cellulose-Based Assemblies: Synthesis, Regulation, and Application”為題發(fā)表在《Small》上。天津大學(xué)化工學(xué)院博士生賈晟哲和碩士生楊冰冰為論文共同第一作者。該論文得國家自然科學(xué)基金和天津市自然科學(xué)基金的資助。

圖2 手性光學(xué)調(diào)控策略

近期，該團(tuán)隊在此領(lǐng)域展開研究，首先從結(jié)構(gòu)和功能方面系統(tǒng)地揭示了纖維素基衍生的手性納米材料的最新進(jìn)展（Small, 2024, 20, 35）。基于生物基仿生材料獨(dú)有結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，該團(tuán)隊設(shè)計了一種高柔性的手性光子晶體薄膜，可用于防偽和涂層等應(yīng)用（Small methods, 2024, 8, 2400447）。此外，該團(tuán)隊設(shè)計了一種具有多重刺激響應(yīng)的三元超分子材料，展現(xiàn)出了優(yōu)異的機(jī)械性能和面對刺激誘導(dǎo)多重光響應(yīng)行為（Chem. Mater. 2024, 36, 16, 7967）。進(jìn)一步，通過摻雜兩種發(fā)光團(tuán)，設(shè)計了一種具有強(qiáng)圓偏振發(fā)光和高量子產(chǎn)率的多通道光學(xué)加密膜，并表達(dá)出激發(fā)波長（Ex）依賴的圓偏振發(fā)光特性（Adv. Opt. Mater, 2024, 202402492）。此后，通過操縱光路并結(jié)合原位生長策略，合成了動態(tài)可切換的雙向CPL薄膜，實(shí)現(xiàn)了對手性光的操縱（Adv. Funct. Mater, 2024, 34, 51, 2410206）。該團(tuán)隊構(gòu)建三明治結(jié)構(gòu)手性向列相-向列相-手性向列相層膜，實(shí)現(xiàn)了對左旋和右旋圓偏振光的雙反射，以及正反依賴的圓偏振發(fā)光行為（Adv. Opt. Mater, 2024, 12, 35, 2401744）。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202408219

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