近日，華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院、材料生物學(xué)與動態(tài)化學(xué)教育部前沿科學(xué)中心朱為宏教授和物理學(xué)院鄭致剛教授在光可重構(gòu)的非均勻螺距軟物質(zhì)超結(jié)構(gòu)研究中取得突破性進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Light-Reconfiguring Inhomogeneous Soft HelicalPitch with Fatigue-Resistance and Reversibility”為題，發(fā)表在國際權(quán)威期刊《美國化學(xué)會志》上(J. Am. Chem.Soc., 2022, 10.1021/jacs.2c08505)。 .T2P%Jn.  
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一個挑戰(zhàn)性難題：液晶軟結(jié)構(gòu)多自由度調(diào)控
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利用光實(shí)現(xiàn)液晶軟物質(zhì)超結(jié)構(gòu)的多自由度動態(tài)操控在信息光子學(xué)、分子工程與軟凝聚態(tài)物理領(lǐng)域具有十分重要的科學(xué)與應(yīng)用意義。然而，受限于傳統(tǒng)光響應(yīng)分子的熱穩(wěn)定性和抗疲勞度，實(shí)現(xiàn)軟物質(zhì)超結(jié)構(gòu)的多自由度控制，進(jìn)而對光譜信息的波段、帶寬、反射率、偏振響應(yīng)等實(shí)時操控仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。液晶是典型的軟物質(zhì)光學(xué)超材料，具有優(yōu)異的外場響應(yīng)性、自組裝性、光學(xué)各向異性和動態(tài)可控性，廣泛應(yīng)用于光信息處理、成像和顯示。 DOsQVdH  
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該工作基于液晶材料的獨(dú)特性質(zhì)，創(chuàng)造性地設(shè)計并引入一種具備寬吸收光譜的光控吸收劑，結(jié)合朱為宏課題組發(fā)展的內(nèi)源手性光開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對液晶螺旋超結(jié)構(gòu)的多自由度（螺距和螺距分布）的可逆光操控。手性光開關(guān)賦予液晶螺旋結(jié)構(gòu)的螺距可調(diào)性，光控吸收劑具有可變的寬光譜吸收、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、良好的抗疲勞性和與液晶良好的相容性等優(yōu)點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)液晶盒內(nèi)部透射的光強(qiáng)，可進(jìn)一步對螺距分布的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)液晶螺旋從均勻螺距到非均勻螺距的可逆重構(gòu)。通過對液晶施加電場，可將液晶螺旋結(jié)構(gòu)從站立螺旋轉(zhuǎn)變?yōu)樘傻孤菪�，從而�?shí)現(xiàn)對液晶螺旋超結(jié)構(gòu)的多自由度操控。這種結(jié)構(gòu)多自由度操控使光譜的波段、帶寬、反射率、偏振響應(yīng)的動態(tài)實(shí)時光控這個長期困擾學(xué)術(shù)和工程領(lǐng)域的難點(diǎn)問題得以解決。 R{3?`x!fY  
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兩類創(chuàng)新性應(yīng)用：glum高達(dá)1.88圓偏振發(fā)光和寬光譜光場調(diào)控 T3_3k.,|  
該光可重構(gòu)的非均勻螺旋體系可進(jìn)一步應(yīng)用于構(gòu)筑具有高不對稱因子的圓偏振發(fā)光體系。研究人員在液晶中摻雜了具有近紅外發(fā)射的熒光染料，其發(fā)射波段正好與光照后產(chǎn)生的寬反射光譜的高度重疊。基于液晶微結(jié)構(gòu)對熒光發(fā)射的模式調(diào)制，可實(shí)現(xiàn)具有寬光譜和高達(dá)1.88不對稱因子（接近理論值2）的圓偏振發(fā)光。區(qū)別于傳統(tǒng)利用液晶選擇反射作用獲得圓偏振發(fā)光，研究發(fā)現(xiàn)這種高不對稱因子來源于液晶超結(jié)構(gòu)所提供的獨(dú)特光子諧振作用，更值得一提的是通過光子諧振在透射和反射側(cè)圓偏振方向相同，獲得最大程度的能量效率，從而發(fā)展了一種高效、普適的獲得高不對稱因子圓偏振發(fā)光的新模式。此外，非均勻螺距液晶超結(jié)構(gòu)也可用于構(gòu)筑動態(tài)寬譜域適應(yīng)圓偏振濾光片，為可見至近紅外波段光場調(diào)控提供新的研究思路。 #OQT@uF!
 
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近年來，朱為宏教授與鄭致剛教授充分發(fā)揮光控材料和光學(xué)各自的優(yōu)勢，在光調(diào)控液晶螺旋超結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域已取得一系列卓有成效的合作。通過引入朱為宏課題組所發(fā)展的獨(dú)特的“位阻型烯橋光控體系”，發(fā)展了一類雙穩(wěn)態(tài)內(nèi)源性手性二芳基乙烯分子作為液晶摻雜劑，具有高螺旋扭曲力值和變化量、高熱穩(wěn)定性和抗疲勞度等性能，實(shí)現(xiàn)了對液晶反射波段從近紫外到近紅外寬范圍、多穩(wěn)態(tài)、強(qiáng)抗疲勞度的動態(tài)調(diào)控，開創(chuàng)了可逆、可擦、漸變、角度依賴、內(nèi)嵌式微結(jié)構(gòu)的多重防偽新技術(shù)（Nature Photonics, 2022, 16, 226–234）。基于內(nèi)源性手性光開關(guān)，成功構(gòu)筑了四自由度光可調(diào)諧液晶微腔激光，實(shí)現(xiàn)了波長、波面、自旋角動量和軌道角動量的調(diào)控，并發(fā)展了四維可調(diào)諧激光編碼技術(shù)（Advanced Materials, 2022, 34, 2110170）。基于聚合物穩(wěn)定鈣鈦礦，構(gòu)筑了具有雙層結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦-液晶器件，解決了鈣鈦礦與液晶兼容性差的關(guān)鍵問題，實(shí)現(xiàn)了兼具高發(fā)光效率和高穩(wěn)定性的鈣鈦礦圓偏振發(fā)光體系，不對稱因子高達(dá)1.9，為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量圓偏振鈣鈦礦發(fā)光和器件化應(yīng)用開辟了新思路（Matter, 2022, 5, 2319–2333）。 Z\\'0yuY(  
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該研究工作主要是由我校化學(xué)與分子工程學(xué)院博士后李萌祺和胡宏龍在朱為宏教授和鄭致剛教授的指導(dǎo)下共同完成，并得到田禾院士大力支持。該研究工作得到了材料生物學(xué)與動態(tài)化學(xué)教育部前沿科學(xué)中心、國家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項目、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金等項目的支持。   QY^v*+lr\  
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文章鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.2c08505