近日，我院赵强教授、李炳祥教授、马云教授与南京大学陆延青教授开展科研合作，在圆偏振有机室温磷光领域取得了新的进展。相关成果以“Mechanically-tunable and full-color circularly polarized long-lived phosphorescence in chiral superstructure elastomers”为题发表在《Advanced Materials》上。我院为论文第一通讯单位，马云教授、李炳祥教授、赵强教授、陆延青教授为共同通讯作者，博士生宋振鹏、魏娟副教授、青年教师刘娇为论文共同第一作者。
具有较高发光不对称因子的圆偏振室温磷光材料在光电领域具有广阔的应用前景。然而，目前在圆偏振超长室温磷光（CP-OURTP）体系中实现圆偏振发光不对称因子（glum）的动态可逆调控仍是一个亟需解决的具有挑战性的难题。针对这一科学难题，南京大学陆延青教授团队与伟德源自英国始于1946赵强教授团队合作，提出了一种实现机械可调CP-OURTP的创新策略。研究团队通过将室温磷光（RTP）聚合物嵌入到手性超结构弹性体（CSE）基质中，成功制备出具有选择性反射色、glum值可动态调控且加工性能优异的全彩色手性超结构弹性体-室温磷光聚合物（CSE-RTP）薄膜。通过机械控制弹性体不同形变，研究人员实现了对室温磷光聚合物圆偏振磷光特性的动态可逆调控。此外，该薄膜的制备方法简单，在常温下即可完成，并且制备所需要的时间比较短，能够大规模生产。这项工作不仅介绍了一类新型的机械可调CP-OURTP材料，还为开发下一代手性光学器件开辟了新的途径。
该研究中制备出的CSE-RTP薄膜具有显著的机械变色性能。图1a展示了初始反射色为红色的CSE-R-P3薄膜的拉伸过程。随着拉力从0%逐渐增加到100%，CSE-R-P3薄膜的反射颜色依次从红色变为绿色，再变为蓝色；释放拉力后，薄膜能够恢复至初始状态。为了深入了解CSE-R-P3薄膜的机械变色特性，又进行了偏光显微镜（POM）和广角X射线衍射（WAXD）表征分析。从POM图像来看，CSE-R-P3薄膜的油纹织构不明显，薄膜显示出颗粒状纹理。WAXD图案在横向上从环形变为弧形（图1f），表明拉伸前的CSE-R-P3薄膜具有多畴结构，而拉伸后的薄膜则呈现单畴结构。
CSE-RTP薄膜还具备优异的手性光学性质，当通过右旋圆偏振片（R-CPF）观察，CSE-R-P3薄膜在其初始状态下显示红色，而通过左旋圆偏振片（L-CPF）则颜色变暗，这表明制备出的薄膜是右手性的（图1c）。在圆二色性（CD）光谱中，CSE-R-P3薄膜在约300 nm处有明显的峰，进一步证实了其右手螺旋结构（图1e）。此外，作者还分别研究了CSE-R-P3薄膜在无偏振片、L-CPF和R-CPF条件下不同应变的反射光谱（图1g-i）。在初始状态下，CSE-RTP薄膜在R-CPF下的最大反射率为25%，低于理想的50%反射率，并且随后在拉伸状态下，通过在L-CPF下的最大反射率也仅为12%（图1h），这主要是因为当光聚合稳定胆甾相液晶时，生成的聚合物网络具有畴边界，导致取向无序。交联CSE-RTP薄膜固有的多畴结构导致了较强的光散射，从而降低了薄膜反射光的强度。这种多畴散射使得观测到R-CPF下的反射率比理想的50%低25%，与先前报道的实验观察结果一致。
图1. CSE-RTP薄膜的机械变色与手性光学性质。(a)通过拉伸和释放CSE-RTP薄膜反射不同颜色的示意图。(b) CSE-R-P3薄膜在不同应变下的照片。(c)CSE-R-P3薄膜在初始和拉伸状态下，分别通过L-CPF和R-CPF观察的照片。(d)CSE-R-P3薄膜的吸光度和圆二色性光谱。(f)POM图像和WAXD。(g-i) CSE-R-P3薄膜在无CPF、L-CPF和R-CPF条件下和不同应力下的反射光谱。
为了进一步了解CSE-RTP薄膜的光物理性质，作者还测量了CSE-R-P1、CSE-R-P2和CSE-R-P3薄膜的激发光谱、稳态发光光谱、延迟发光光谱和寿命曲线（图2）。在365 nm UV光照射下，这些薄膜都发射蓝色荧光。在移除UV光源后，分别发射出明亮的蓝色、绿色和红色余辉（图2d-f中的插图），发射的中心波长分别为420 nm、520 nm和630 nm（图2d-f）。此外，CSE-R-P1、CSE-R-P2和CSE-R-P3的寿命分别为31 ms（420 nm）、294 ms（520 nm）和101 ms（630 nm）（图2g-i）。
图2. CSE-RTP薄膜的光物理性质。(a-c) CSE-R-P1、CSE-R-P2和CSE-R-P3的激发光谱，(d-f) CSE-R-P1、CSE-R-P2和CSE-R-P3的稳态光致发光光谱和延迟发光光谱，(g-i) CSE-R-P1、CSE-R-P2和CSE-R-P3的发光寿命曲线。
该工作得到国家重点研发计划、国家高层次青年人才项目、国家自然科学基金面上项目、江苏省自然科学基金、中国博士后科学基金的支持。
论文信息：
Mechanically-tunable and full-color circularly polarized long-lived phosphorescence in chiral superstructure elastomers
Zhen-Peng Song‡,Juan Wei‡, Jiao Liu‡, Zhu-Fang Chu, Jing-Xue Hu, Susanta Chakraborty, Yun Ma*, Bing-Xiang Li*,Yan-Qing Lu* and Qiang Zhao*
原文链接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202419640
