南京大学成义祥课题组：光-电双刺激调控四元胆甾相液晶中非手性染料的圆偏振发光性质

圆偏振发光(CPL)由于其独特的不对称发光现象使得其在3D显示、手性信息加密和信息编码方面具有潜在的应用价值【推荐阅读：圆偏振发光研究前沿】。目前，制约圆偏振发光材料发展的关键因素是如何提高其不对称发光因子(g_lum)。近期，通过将手性发光分子掺杂到商用向列相液晶中，诱导液晶组装形成具有螺旋结构的胆甾相液晶能够获得具有高g_lum值的CPL发光材料。此外，胆甾相液晶独特的螺旋结构使得其对于外界刺激十分敏感，光、温度、电场等外部刺激能够简易快捷地改变其组装模式，从而使其表现出动态变化的手性光学性质。因此，获得高g_lum值可调控的智能液晶CPL材料具有十分重要的意义，是实现CPL材料走向实际应用的重要一步。

最近，南京大学成义祥课题组设计合成了基于联萘的含有双手性基团的光敏分子R-S-R-1，并探究了该分子在SLC1717液晶中的光敏手性诱导能力变化。研究表明，R-S-R-1分子在经过365 nm UV光照射后，表现出一个从强到弱的动态手性诱导能力变化。继续向得到的胆甾相液晶中掺杂静态手性掺杂分子 4-S-1，和非手性尼罗红(NR) 染料制备了一个四元胆甾相液晶(Q-N*-LCs)。在365 nm UV光照射后，Q-N*-LCs的螺旋旋向发生了翻转(图1)，非手性NR染料在Q-N*-LCs中也表现出明显的CPL信号，并且其CPL信号方向受到两个手性掺杂分子动态竞争控制(图1)。

图1. 光-电双刺激响应Q-N*-LCs的CPL信号变化示意图。

接着，作者还在导电的ITO玻璃制备的液晶盒中探究了直流电场(DC)对于Q-N*-LCs的螺旋组装的调控。结果表明，随着电压的增大，Q-N*-LCs的螺旋排列逐渐从站立螺旋到倾斜螺旋再到卧倒螺旋，当电压溢出时，螺旋结构完全消失。当撤去电场后，Q-N*-LCs的螺旋结构能够在短时间内恢复。并且，在这个过程中，其CPL信号也从大到小，直至消失，电场撤去后，CPL信号也能恢复如初(图2)。

图2. 不同电压下Q-N*-LCs的液晶织构和CPL信号变化。

根据Q-N*-LCs双重的光-电响应特性，作者还利用导电液晶盒制备一个简易的信息存储装置(图3)。该装置在电场关闭时显示出“NJU”标志，当电场开启时，“NJU”标志消失。并且，根据信号输出特性，提出了一个“OR”信息逻辑门，其在手性信息编码方面具有潜在的应用价值。该项研究为智能液晶CPL材料的实际应用提供了一个可行的策略。

图3. 基于Q-N*-LCs信息存储装置和信息逻辑门示意图。

论文的第一作者为南京大学化学化工学院博士研究生姚昆，通讯作者为南京大学成义祥教授、全一武教授和郑文华教授。详见：Kun Yao, Zheng Liu, Hang Li, Dan Xu, Wen-Hua Zheng, Yi-Wu Quan, Yi-Xiang Cheng. Reversal of circularly polarized luminescence direction and an “on-off” switch driven by exchange between UV light irradiation and the applied direct current electric field. 2022, https://doi.org/10.1007/s11426-022-1319-9.

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