Zirkular polarisierte Lumineszenzmaterialien (CPL) haben aufgrund ihrer potenziellen Anwendungen in vielen Bereichen, wie etwa molekularen Sensoren, Informationsverschlüsselung und optischer Speicherung, enorme Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Bisher hat sich die Verwendung von cholesterischen Flüssigkristallen (CLCs) mit helikaler Überstruktur als wirksames Medium zur Verstärkung des Glum-Werts erwiesen. CPL-Materialien, die aus kleinen Molekülen von CLCs bestehen, sind jedoch häufig auf LC-Zellen beschränkt, was ihre praktischen Anwendungen in bestimmten Szenarien einschränkt.
CLC-Polymerfilme reagieren aufgrund ihrer gefrorenen helikalen Überstruktur im Festkörper nur begrenzt auf äußere Reize. Ob in CLC-Polymeren oder CLCs mit kleinen Molekülen, erhöhte CPL-Werte werden im Allgemeinen durch die Anpassung des Emissionsbands an das Reflexionsband des Systems erreicht, was eine präzise Modulation der Menge des dem System zugesetzten chiralen Wirkstoffs erfordert.
In einem neuen Papier veröffentlicht In Licht: Wissenschaft und AnwendungenEin Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Jinbao Guo vom College of Materials Science and Engineering der Beijing University of Chemical Technology (China) und Professor Quan Li vom Institute of Advanced Materials und der School of Chemistry and Chemical Engineering der Southeast University (China) hat durch die Einbindung von Quantenpunkten (QD) in blauphasige Flüssigkristallelastomere (BPLCE) ein neuartiges CPL-aktives Festkörpermaterial vorgestellt.
Visualisiertes Vollfarb-CPL mit dem größten Glum-Absolutwert von bis zu 0,74 wird durch Dotierung von roten, grünen bzw. blauen QD-Emittern erreicht. Interessanterweise sind die CD-Signale von BPLCE und CLCE ähnlich, während ihre CPL-Signale entgegengesetzt sind, was zeigt, dass die Mechanismen, die CPL-Signale in BPLCEs und CLCEs induzieren, nicht dieselben sind. Insbesondere reflektieren rechtshändige CLCEs selektiv RCP und übertragen LCP.
Wenn die photonische Bandlücke der CLCEs teilweise oder vollständig mit dem Emissionsspektrum der lumineszierenden Moleküle übereinstimmt, wird das angeregte rechtshändige CPL reflektiert. Gleichzeitig wird nur das erzeugte linkshändige CPL übertragen. Folglich erzeugen rechtshändige CLCEs ein linkshändiges CPL-Signal. Selektive Reflexion ist jedoch nicht die Ursache für die Induktion von CPL-Signalen in BPLCEs.
Wie bekannt, weisen BPLCEs eine hochgeordnete 3D-Struktur und eine stark chirale Umgebung auf. Sobald sich die QDs in der BPLCE-Mischung befinden, nehmen sie am Selbstassemblierungsprozess mit den Molekülen teil, um supramolekulare 3D-Strukturen zu bilden. Infolgedessen induzieren rechtshändige BPLCEs ein rechtshändiges CPL-Signal und liefern einen höheren Glum-Wert, selbst wenn keine Übereinstimmung zwischen PBGs und Emissionsbändern der QDs besteht.
Die Probe weist eine gute thermische Stabilität auf und behält dank des vollständig polymerisierten Netzwerks starke Reflexions- und Fluoreszenzsignale bis zu 80 °C bei. Darüber hinaus weist die Probe aufgrund der Einführung eines flexiblen Vernetzers hervorragende Dehnbarkeit auf. Diese Wissenschaftler untersuchten den Einfluss mechanischer Kraftstimulation auf das CPL-Signal der Probe.
Sie erklärten: „Wenn die Probe einer uniaxialen mechanischen Dehnung unterzogen wird, erfährt ihr Gitter eine Längsdehnung, was zur Zerstörung seiner chiralen Struktur führt. Als Folge davon gibt es eine merkliche Veränderung im CPL-Signal, das von beobachtbar zu nicht mehr erkennbar übergeht.“
„Das durch mechanische Kraft verursachte Verschwinden des CPL-Signals ist vorübergehend. Wenn die äußere Kraft entfernt wird, kehrt QD-BPLCE automatisch in seinen Ausgangszustand zurück und das CPL-Signal erscheint erneut. In unserer Arbeit können durch die Aktivierung der dynamischen Disulfidbindungen innerhalb des QD-BPLCE durch Dehnung verursachte Gitteränderungen fixiert werden, was letztendlich zum dauerhaften Aussterben der CPL-Signale führt“, fügten sie hinzu.
„Diese Studie demonstriert das Potenzial der Entwicklung von CPL-Funktionsmaterialien durch photonische Strukturen von BPLCEs und legt die Weiterentwicklung von BPLCE-basierten CPL-aktiven Materialien für Anwendungen zur optischen Kodierung und Informationsspeicherung nahe.“
Mehr Informationen:
Shan Li et al., Wenn Quantenpunkte auf blauphasige Flüssigkristallelastomere treffen: visualisierte vollfarbige und mechanisch schaltbare zirkular polarisierte Lumineszenz, Licht: Wissenschaft und Anwendungen (2024). DOI: 10.1038/s41377-024-01479-1