北京化工大学郭金宝教授课题组、东南大学李全院士团队《Nat. Commun.》：基于液晶光子胶囊的光触发全彩色圆偏振发光

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随着数字技术的发展，信息安全引起了广泛的关注。传统加密手段二维码仅有一道加密工序，易于破解和仿制，开发先进材料来实现多级信息加密成为了研究热点。圆偏振发光（CPL）材料所携带的波长、强度、手性等信息在信息防伪与加密领域崭露头角，胆甾相液晶（CLC）的螺旋超结构具有手性放大和刺激响应性能，是诱导产生高发光不对称因子（g_lum）的CPL的优良介质。然而，小分子液晶的流动性限制了实际应用；而聚合物液晶的刚性网络抑制了分子的光异构化。如何发展多重响应、精确调控、较高g_lum值、易于加工的CPL材料成为了一个挑战。

近日，北京化工大学的郭金宝教授课题组与东南大学李全院士团队合作，报道了具有光触发全彩色CPL的液晶光子胶囊（LCPCs）在多级信息加密领域的应用。本研究在LCPCs中构建了从手性供体(S)-CNB到非手性分子开关DG和DR的Förster共振能量转移（FRET）平台，制备了颜色可调控的固体薄膜。LCPCs的流动液芯为DG和DR的光异构化提供了充足的空间，聚合物壳具备了优异的加工性能。通过逐步FRET过程，实现了从蓝色发射到红色发射的光调控，颜色迁移多达160 nm，FRET效率高达94.0%。这些LCPCs由于能量和手性转移的协同效应，CPL从初始蓝色发射到RGB三色信号的光转换，最大g_lum值可达-0.11。并且由于每个时间节点的FRET效率不同，LCPCs的发射色表现出很强的时间依赖性。通过将不同质量比的三色LCPCs混合在聚乙烯醇中，制备了光调控全彩色CPL薄膜。由于全彩色CPL存储密度大、安全级别高，这些LCPC薄膜在信息加密领域有广阔的应用前景。

基于LCPC薄膜的光调控荧光变色、时间响应以及CPL的特性，展示了4D信息加密与解密的概念。使用6种LCPC薄膜制备了高安全级别的条形码，随着辐照时间t的增加，条形码从初始的1D蓝色荧光码逐渐变为3D全彩色CPL码。此外，这些光响应LCPC薄膜的荧光强度可以描述为t和RGB组分的函数，具有自己特定的I-t曲线。在不同时间节点，每个LCPC薄膜具有不同的RGB分数变化率，可以将预设的数值输入电脑作为解密的重要组成部分。设计的条形码对应三组ASCⅡ二进制代码，当薄膜的RGB分数与预设数据一致时，电脑输出信号“1”，否则输出信号“0”。解密过程所需的密码本被设置成（颜色通道数，辐照时间，偏振状态），如（5，90s，CPL）意味着条形码只有在5种颜色状态、符合90s各LCPC薄膜的RGB组分、读取CPL信息的条件下才能够成功解密。这种集成荧光、时间响应、全彩色发射和CPL特性的LCPC薄膜展示了在多级信息加密领域的强大潜力。

论文信息：

Photo-Triggered Full-Color Circularly Polarized Luminescence Based on Photonic Capsules for Multilevel Information Encryption.

Siyang Lin, Yuqi Tang, Wenxin Kang, Dr. Hari Krishna Bisoyi, Prof. Jinbao Guo*, Prof. Quan Li*

https://doi.org/10.1038/s41467-023-38801-1

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