JACS: 多模态响应的圆偏振发光智能纺织品

一、【导读】

伪造的货物、电子器件及药物等严重危害着国际贸易、社会安全及人类健康，造成了巨大的生命和经济损失。防伪技术，包括电子身份识别、产品标记、发光标签及光学编程技术的出现有效打击了假冒产品。然而，现有的防伪发光材料，包括紫外光响应的荧光材料、上转换荧光材料及长余辉材料等，其发光性质很容易被模仿，因此，发展新型的、具有复杂光学性质的材料变得十分重要。其中，圆偏振发光特性，是具有手性特性的发光材料的一种特殊发射特性。该发光材料的合成所需知识门槛高，不容易被复制，被认为是一种很好的防伪材料选择。同时，将圆偏振发光材料与其他光学防伪技术联合，有希望构筑多通道复杂防伪体系。

二、【成果掠影】

近期，中国科学技术大学庄涛涛教授发展了一种新型的多模态响应的圆偏振发光安全材料MRSM。该材料是通过将InP/ZnSeS/ZnS量子点与5CB液晶及S/R811手性掺杂剂螺旋组装获得的。该组装体不仅具有量子点的荧光特性和螺旋组装体的手性特性，而且具有明显的圆偏振发光特性，最大圆偏振发射g因子可以达到0.89。作者测试发现制备获得的安全材料MRSM在温度、电压、光激发、压力、偏振及观察角度变化下，呈现材料结构色、发射、亮度的明显不同，表现出多模态响应特性。通过将含有不同手性掺杂剂S/R811的安全材料MRSM组成颜色阵列进行刺激响应，作者展现了安全材料MRSM在信息编码中的可能性。进一步地，将安全材料MRSM作为纤维材料制成纺织品，获得了具有外部响应的智能纺织材料。该纺织材料可以很好的感知外界温度的变化，同时圆偏振发光特性为该纺织品在3D交互场景中的应用提供了可能性。相关研究工作以“Multimodal-Responsive Circularly Polarized Luminescence Security Materials”为题，发表在国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society上。

三、【核心创新点】

将量子点、液晶和手性掺杂剂有机组合，构建了具有多重响应性的圆偏振发光材料，并将其成功应用于信息编码和构建智能纺织品。

四、【数据概览】

图1. 圆偏振发光体系的构建和多模态响应的安全材料MRSM的制备。©2023 American Chemical Society

A, 基于InP/ZnSeS/ZnS量子点、5CB液晶及S/R811手性掺杂剂构建圆偏振发光体系的示意图。B,C, InP/ZnSeS/ZnS量子点的HRTEM图像、吸收光谱和荧光光谱。D, 5CB液晶及S811手性掺杂剂的吸收光谱。E, 量子点、液晶和手性掺杂剂共组装形成螺旋结构的示意图。F，MRSM的宏观照片。G, MRSM对外界六种不同刺激表现出的响应模式，包括光激活，偏振，温度，电压，压力和视角。

图2. 具有多模态响应的安全材料MRSM的表征。© 2023 American Chemical Society

A, 由1%量子点及不同比例S811手性掺杂剂及5CB液晶（0.170/0.820，0.210/0.780，0.280/0.710，和0.310/0.680）组成的MRSM的偏振光学显微图像。B, MRSM的圆偏振发光原理示意图。入射光照射材料，反射圆偏振光中的一种的同时透射另一种圆偏振光。C-E, 量子点、液晶、手性掺杂剂及MRSM的圆二色光谱。F, 含有不同含量量子点材料的MRSM的荧光量子产率。G, 含有不同含量量子点材料的MRSM的圆偏振发光光谱。H, MRSM的圆偏振发光非对称g因子光谱。

图3. MRSM在外界刺激下的颜色变化响应。© 2023 American Chemical Society

A,B, MRSM的温度响应行为。C, 使用人造偏振眼睛观察到的MRSM的颜色变化。D, 通过不同视觉角度观察到的MRSM的颜色蓝移变化。E, 外加电压调控的MRSM的颜色变化。F, 紫外光照射下MRSM呈现相同的绿光发射。G, MRSM在不同方向偏振片下观察到的发射亮度差异。

图4. 信息安全和防伪设计。©2023 American Chemical Society

A, 由不同组成成分的MRSM组成的5´5的阵列以展示其在信息安全和防伪设计中的应用。Ⅰ，室温下呈现无色阵列；Ⅱ和Ⅴ, 使用含有不同组分手性添加剂的安全材料构成的颜色阵列；Ⅲ, Ⅳ, Ⅵ和Ⅶ，通过左圆偏振片或右圆偏振片观察到的颜色阵列；Ⅷ, 紫外光照射下的蓝绿光发射；Ⅸ, 紫外照射下通过偏振片观察到的多色阵列。B，电路图设计。C, 电压调控下数字代码的颜色变化，表明MRSM用于信息编码的可能性。

图5. 基于安全材料MRSM的智能纺织品。© 2023 American Chemical Society

A, 将安全材料MRSM作为纤维管内组成结构的示意图。B, 具有不同颜色的2米长的纤维的数码照片。C, 将获得的纤维编织成织物。D, 织物作为智能标签，对外界环境变化呈现出相应的颜色改变。通过改变温度实现透明和绿色之间的转换；通过圆偏振片观察到明暗度的差异；紫外光激发下观察到绿色的发射。

五、【成果启示】

该工作借助螺旋组装的方法，构筑了基于量子点杂化材料的高效圆偏振发光体系，实现了多模态刺激响应在信息编码中的应用。使用发展的新型多模态响应材料可以构建具有颜色适应性和防伪功能性的智能面料，在未来智能信息加密和柔性3D纺织显示器中发挥作用。此外，如果进一步与互联网合作，将克服信息加密体系一经设计无法更改的局限性，在设计交互防伪中展现巨大的应用潜力。

原文详情：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.2c13108