中科院理化所等在蓝相液晶超200℃宽温域激光器研究方面取得进展

蓝相液晶（BPLCs)以独特的周期结构、多刺激响应及实时可重构性等特点而具有优异的光学性能，在传感、显示及防伪等方面颇具应用前景。蓝相液晶因带隙窄、光学性能优异可用于低阈值激光器。目前，蓝相液晶激光器的研究主要聚焦在外界刺激下（如光、电、热、力等）激光波长的可调节性，而对蓝相激光器工作温度的研究尚且不足。BPLCs的温度窗口窄，相应激光器的工作温域约在3-4 ℃。此前报道的蓝相激光器的最宽工作温域不超过36 ℃，而聚合物稳定蓝相（PSBP）体系的采用拓宽蓝相液晶的温度窗口至500 ℃。“蓝相液晶温域”与“蓝相激光工作温域”的较大差异可能与所用聚合物稳定蓝相体系不合适的聚合程度（通常大部分体系可聚合液晶组分<10 wt%）有关，导致其结构稳定性差，而对BPLCs带隙与荧光信号间匹配性的理解不充分也限制了新型蓝相宽温域激光器的发展。 X$kLBG_  
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为解决上述问题，中国科学院院士江雷、中科院理化所仿生材料与界面科学中心研究员王京霞团队，前期制备得到了具有宽温域（-190-360 ℃）的聚合物稳定蓝相液晶【Nat. Commun. 2021, 12 (1), 3477.】；通过调节所制备的蓝相液晶带隙中心、染料有序度参数、谐振腔质量及泵浦光能量，在染料掺杂蓝相液晶（C6-BPLCs）谐振腔中实现了可控的单模、双模、三模及四模面发射激光【Adv. Mater. 2022, 34 (9), 2108330.】；利用所制备的蓝相液晶为模板，制备得到了高分辨的多色彩蓝相液晶活图案【Adv. Funct. Mater. 2022, 32 (15), 2110985.】。 kvbZx{s  
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研究团队通过调控所制备聚合物稳定蓝相液晶的可聚合液晶单体含量（30 wt% C6M），形成了稳定的蓝相聚合物支架，将该聚合物稳定蓝相体系掺杂染料（DD-PSBPLCs）后，获得宽工作温域的蓝相液晶激光器（25-230 ℃）。研究表明，宽的BP激光温域源于所用稳定的聚合支架体系，在整个激光温域范围内提供了稳定的反射信号和荧光信号，且在整个过程中始终保持了反射带隙与荧光信号的匹配性；而体系中的非聚合组分在温度变化过程中产生相变，使得组成的多组分性（25.0-67.5 ℃：蓝相与微量胆甾共存；67.5-72.2 ℃：蓝相体系；72.2-230.0 ℃：蓝相与微量各向同性共存）又赋予了该蓝相激光器可重构的性能，实现了激光阈值随温度呈现U型变化、可逆的激光波长及在相变点（约70 ℃）明显的激光增强效应。此外，该工作还对比了单畴蓝相与多畴蓝相激光器的工作温域，原位表征了变温过程中反射信号、荧光信号、量子效率、荧光寿命、POM及Kossel结构的变化，并对其宽温域激光发射做出了合理的解释。这项工作不仅为宽温域蓝相激光器的设计提供了新思路，而且在创新性微观结构变化方面为新型多功能有机光学器件提出了重要见解。   Wb}-H-O  
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相关研究成果以Over 200 ℃ Broad Temperature Lasers Reconstructed from Blue Phase Polymer Scaffold为题，发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。 研究工作得到科技部、国家自然科学基金和中科院-荷兰科研组织联合项目的支持。 <9@
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论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206580