圆偏振发光（CPL）由于其良好的应用前景，近些年引起了很多关注。然而如何大规模制备具有优异CPL性能的手性光学材料是一个挑战。针对这个问题，国家纳米科学中心段鹏飞研究员课题组与天津大学姜爽副教授课题组合作提出了一种手性光子晶体（CPC）聚合物薄膜。它以手性液晶为模板，通过调整手性掺杂剂的比例，可以将其光子禁带与各种不同发光无机纳米材料的发射峰进行匹配，进而实现了横跨蓝光到近红外二区的圆偏振发光，且均具有高的发光不对称因子（glum）和发光量子产率。
图一： 制备CPC薄膜的制造技术的示意图。
在本工作中，我们采取了三种不同的制样方式：原位聚合、直接浸泡和滴涂。不同的制样方式会导致发色团在薄膜中表现出不同的分布方式，这会直接导致其表现出不同的CPL性能。具体来说，通过原位聚合和直接浸泡方法得到的聚合物薄膜，其中的发色团呈现出较为均匀的分布。对于这种薄膜，从其两侧激发所产生的圆偏振发光具有相似的glum值。而通过滴涂得到的聚合物薄膜中发色团主要位于薄膜一侧，从样品两侧激发会获得相反的圆偏振发光信号，且从发色团这一侧激发样品时产生的圆偏振光更强。基于以上结果，我们展示了这种CPC薄膜样品在防伪领域中的应用潜力。尤其是我们采用了丝网印刷技术制备了三种不同图案的CPC薄膜，这些样品在左、右圆偏振片下表现出显著的发射强度的差别。
图二： a) 通过三种不同的制备技术制备的CPC薄膜的EDS图像。b) 对应样品的glum值。c) 通过原位聚合和直接浸泡得到薄膜在两侧激发产生相同CPL的示意图。d) 通过滴涂得到的薄膜在两侧激发产生不同CPL的示意图。
总的来说，这项工作提供了一个构建高性能CPL材料的普适性策略，这种CPC薄膜兼具高glum值，高发光量子产率和横跨蓝光到近红外二区的宽发射范围。我们通过三种制样方式制备出两类具有不同发色团分布的CPC薄膜，并以此揭示了不同的分布情况对CPL发射的影响。基于这些成果，我们探索了CPC薄膜在防伪方面的应用，并证实了大规模制造的可行性。（文章链接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102197）
图三： 使用负载量子点的CPC薄膜实现防伪应用。a) 由各种不同形状的CPC薄膜拼接而成的房屋图案。b) 紫外激发时显示不同的发射。c) 使用488 nm的圆偏振片可以看到烟雾部分的差异。d) 使用532 nm的圆偏振片可以看到门部分的差异。e-g) 使用丝网印刷技术制备光子禁带分别在蓝色，绿色和红色的负载量子点的薄膜。
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