JACS: 多模態響應的圓偏振發光智能紡織品

一、【導讀】

偽造的貨物、電子器件及藥物等嚴重危害著國際貿易、社會安全及人類健康，造成了巨大的生命和經濟損失。防偽技術，包括電子身份識別、產品標記、發光標簽及光學編程技術的出現有效打擊了假冒產品。然而，現有的防偽發光材料，包括紫外光響應的熒光材料、上轉換熒光材料及長余輝材料等，其發光性質很容易被模仿，因此，發展新型的、具有復雜光學性質的材料變得十分重要。其中，圓偏振發光特性，是具有手性特性的發光材料的一種特殊發射特性。該發光材料的合成所需知識門檻高，不容易被復制，被認為是一種很好的防偽材料選擇。同時，將圓偏振發光材料與其他光學防偽技術聯合，有希望構筑多通道復雜防偽體系。

二、【成果掠影】

近期，中國科學技術大學莊濤濤教授發展了一種新型的多模態響應的圓偏振發光安全材料MRSM。該材料是通過將InP/ZnSeS/ZnS量子點與5CB液晶及S/R811手性摻雜劑螺旋組裝獲得的。該組裝體不僅具有量子點的熒光特性和螺旋組裝體的手性特性，而且具有明顯的圓偏振發光特性，最大圓偏振發射g因子可以達到0.89。作者測試發現制備獲得的安全材料MRSM在溫度、電壓、光激發、壓力、偏振及觀察角度變化下，呈現材料結構色、發射、亮度的明顯不同，表現出多模態響應特性。通過將含有不同手性摻雜劑S/R811的安全材料MRSM組成顏色陣列進行刺激響應，作者展現了安全材料MRSM在信息編碼中的可能性。進一步地，將安全材料MRSM作為纖維材料制成紡織品，獲得了具有外部響應的智能紡織材料。該紡織材料可以很好的感知外界溫度的變化，同時圓偏振發光特性為該紡織品在3D交互場景中的應用提供了可能性。相關研究工作以“Multimodal-Responsive Circularly Polarized Luminescence Security Materials”為題，發表在國際頂級期刊Journal of the American Chemical Society上。

三、【核心創新點】

將量子點、液晶和手性摻雜劑有機組合，構建了具有多重響應性的圓偏振發光材料，并將其成功應用于信息編碼和構建智能紡織品。

四、【數據概覽】

圖1. 圓偏振發光體系的構建和多模態響應的安全材料MRSM的制備。?2023 American Chemical Society

A, 基于InP/ZnSeS/ZnS量子點、5CB液晶及S/R811手性摻雜劑構建圓偏振發光體系的示意圖。B,C, InP/ZnSeS/ZnS量子點的HRTEM圖像、吸收光譜和熒光光譜。D, 5CB液晶及S811手性摻雜劑的吸收光譜。E, 量子點、液晶和手性摻雜劑共組裝形成螺旋結構的示意圖。F，MRSM的宏觀照片。G, MRSM對外界六種不同刺激表現出的響應模式，包括光激活，偏振，溫度，電壓，壓力和視角。

圖2. 具有多模態響應的安全材料MRSM的表征。??2023 American Chemical Society

A, 由1%量子點及不同比例S811手性摻雜劑及5CB液晶（0.170/0.820，0.210/0.780，0.280/0.710，和0.310/0.680）組成的MRSM的偏振光學顯微圖像。B, MRSM的圓偏振發光原理示意圖。入射光照射材料，反射圓偏振光中的一種的同時透射另一種圓偏振光。C-E, 量子點、液晶、手性摻雜劑及MRSM的圓二色光譜。F, 含有不同含量量子點材料的MRSM的熒光量子產率。G, 含有不同含量量子點材料的MRSM的圓偏振發光光譜。H, MRSM的圓偏振發光非對稱g因子光譜。

圖3. MRSM在外界刺激下的顏色變化響應。??2023 American Chemical Society

A,B, MRSM的溫度響應行為。C, 使用人造偏振眼睛觀察到的MRSM的顏色變化。D, 通過不同視覺角度觀察到的MRSM的顏色藍移變化。E, 外加電壓調控的MRSM的顏色變化。F, 紫外光照射下MRSM呈現相同的綠光發射。G, MRSM在不同方向偏振片下觀察到的發射亮度差異。

圖4. 信息安全和防偽設計。?2023 American Chemical Society

A, 由不同組成成分的MRSM組成的5′5的陣列以展示其在信息安全和防偽設計中的應用。Ⅰ，室溫下呈現無色陣列；Ⅱ和Ⅴ, 使用含有不同組分手性添加劑的安全材料構成的顏色陣列；Ⅲ, Ⅳ, Ⅵ和Ⅶ，通過左圓偏振片或右圓偏振片觀察到的顏色陣列；Ⅷ, 紫外光照射下的藍綠光發射；Ⅸ, 紫外照射下通過偏振片觀察到的多色陣列。B，電路圖設計。C, 電壓調控下數字代碼的顏色變化，表明MRSM用于信息編碼的可能性。

圖5. 基于安全材料MRSM的智能紡織品。??2023 American Chemical Society

A, 將安全材料MRSM作為纖維管內組成結構的示意圖。B, 具有不同顏色的2米長的纖維的數碼照片。C, 將獲得的纖維編織成織物。D, 織物作為智能標簽，對外界環境變化呈現出相應的顏色改變。通過改變溫度實現透明和綠色之間的轉換；通過圓偏振片觀察到明暗度的差異；紫外光激發下觀察到綠色的發射。

五、【成果啟示】

該工作借助螺旋組裝的方法，構筑了基于量子點雜化材料的高效圓偏振發光體系，實現了多模態刺激響應在信息編碼中的應用。使用發展的新型多模態響應材料可以構建具有顏色適應性和防偽功能性的智能面料，在未來智能信息加密和柔性3D紡織顯示器中發揮作用。此外，如果進一步與互聯網合作，將克服信息加密體系一經設計無法更改的局限性，在設計交互防偽中展現巨大的應用潛力。

原文詳情：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.2c13108