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北京化工大學(xué)郭金寶教授課題組、東南大學(xué)李全院士團隊《Nat. Commun.》：基于液晶光子膠囊的光觸發(fā)全彩色圓偏振發(fā)光
2023-06-02  來源：高分子科技

  隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，信息安全引起了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)加密手段二維碼僅有一道加密工序，易于破解和仿制，開發(fā)先進材料來實現(xiàn)多級信息加密成為了研究熱點。圓偏振發(fā)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(lǐng)域嶄露頭角，膽甾相液晶（CLC）的螺旋超結(jié)構(gòu)具有手性放大和刺激響應(yīng)性能，是誘導(dǎo)產(chǎn)生高發(fā)光不對稱因子（glum）的CPL的優(yōu)良介質(zhì)。然而，小分子液晶的流動性限制了實際應(yīng)用；而聚合物液晶的剛性網(wǎng)絡(luò)抑制了分子的光異構(gòu)化。如何發(fā)展多重響應(yīng)、精確調(diào)控、較高glum值、易于加工的CPL材料成為了一個挑戰(zhàn)。


  近日，北京化工大學(xué)的郭金寶教授課題組與東南大學(xué)李全院士團隊合作，報道了具有光觸發(fā)全彩色CPL的液晶光子膠囊（LCPCs）在多級信息加密領(lǐng)域的應(yīng)用。本研究在LCPCs中構(gòu)建了從手性供體(S)-CNB到非手性分子開關(guān)DG和DR的F?rster共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）平臺，制備了顏色可調(diào)控的固體薄膜。LCPCs的流動液芯為DG和DR的光異構(gòu)化提供了充足的空間，聚合物殼具備了優(yōu)異的加工性能。通過逐步FRET過程，實現(xiàn)了從藍色發(fā)射到紅色發(fā)射的光調(diào)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(zhuǎn)移的協(xié)同效應(yīng)，CPL從初始藍色發(fā)射到RGB三色信號的光轉(zhuǎn)換，最大glum值可達-0.11。并且由于每個時間節(jié)點的FRET效率不同，LCPCs的發(fā)射色表現(xiàn)出很強的時間依賴性。通過將不同質(zhì)量比的三色LCPCs混合在聚乙烯醇中，制備了光調(diào)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(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。 



  基于LCPC薄膜的光調(diào)控?zé)晒庾兩r間響應(yīng)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?yōu)?/span>3D全彩色CPL碼。此外，這些光響應(yīng)LCPC薄膜的熒光強度可以描述為t和RGB組分的函數(shù)，具有自己特定的I-t曲線。在不同時間節(jié)點，每個LCPC薄膜具有不同的RGB分數(shù)變化率，可以將預(yù)設(shè)的數(shù)值輸入電腦作為解密的重要組成部分。設(shè)計的條形碼對應(yīng)三組ASCⅡ二進制代碼，當薄膜的RGB分數(shù)與預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)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(shè)置成（顏色通道數(shù)，輻照時間，偏振狀態(tài)），如（5，90s，CPL）意味著條形碼只有在5種顏色狀態(tài)、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(yīng)、全彩色發(fā)射和CPL特性的LCPC薄膜展示了在多級信息加密領(lǐng)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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