中科大邹纲/李景国/张红莉团队AFM：磁场组装辅助的圆偏振荧光图案化

1. 研究背景

圆偏振发光（CPL）材料因其独特的手性信息维度及在三维显示、信息存储与加密、光电器件等领域的巨大应用潜力而备受关注。传统方法一般通过手性试剂封装、共价或非共价键将手性基团连接到荧光团上，或通过自组装控制发光基团的螺旋排列等实现CPL材料的构建，然而，由于发光基团和手性结构之间难以捉摸的相互作用，CPL的原位生成和动态调制以实现可编程的CPL图案仍然具有挑战性。精确控制和动态调节CPL性质也成为研究的关键问题，这对于信息编码和加密应用至关重要。

2. 文章概述

近日，由 中国科学技术大学 邹纲教授 、 李景国教授 、 张红莉副研究员 结合磁场辅助的自组装和光图案化技术，在取向的磁性纳米线和染料/二乙炔薄膜组成的异质堆叠复合结构上实现了特定图案的圆偏振荧光的原位生成，通过聚二乙炔的蓝-红相转变可以实现圆偏振荧光波长和手性方向的原位调制，展示了其在可切换逻辑门、多级信息加密和存储领域的应用前景 。该工作以“Magnetic Assembly-Assisted Photoprogrammable Circularly Polarized Luminescence Patterns in Flexible PDMS Films ” 为题发表在《 Adv. Funct. Mater 》上。

图 1. 磁场辅助自组装和可编程CPL图案示意图及其潜在应用。

本研究团队提出的双层旋转堆叠结构中，底层为具有良好取向的二乙炔组装体和荧光染料如香豆素6等的聚二甲基硅氧烷，通过紫外光辐照，可在特定微区域诱导二乙炔单体聚合，复合薄膜产生特定线偏振荧光。上层为磁场诱导组装取向的Ag@Fe₃O₄纳米线（NWs），作为相位延迟层，将底层线偏振荧光转换成圆偏振荧光。有趣的是通过调控聚二乙炔（PDA）组装体的蓝-红相转变，不仅可以调控复合薄膜圆偏振荧光发射波长，还能实现圆偏振荧光手性方向的反转。不同于蓝相PDA，红相PDA与香豆素6荧光分子间存在共振能量转移，复合薄膜发射红色荧光，且线偏振方向由平行变为垂直，其与上层Ag@Fe₃O₄纳米线取向夹角由-45 ^o 转变为45 ^o ，复合薄膜的CPL手性方向也发生相应反转。

图2. 染料掺杂的复合薄膜CPL产生及CPL调控。

我们利用不同荧光分子与旋转堆叠结构相结合，开发了一种多功能信息存储和加密体系：将荧光颜色和CPL信号分别作为通道1和通道2，实现特定温度的信息存储和加密。此外，通过温度变化调控复合薄膜的CPL信号变化，还能实现可切换的逻辑运算。这些研究结果不仅提供了原位生成和调控圆偏振发光材料的新方法，也为智能圆偏振发光材料在多级正交信息加密和高阶防伪等领域的应用提供了新思路。

图3.可编程的多色CPL微阵列用于高阶信息加密，以及可切换逻辑门应用展示。

该项目研究获得国家自然科学基金（22071233, 52373122）、 双一流大学专项资金（KY2400000037）、中央高校基础科研基金（WK2060000071）等项目的资助，谨此感谢。