电场作用下手性液晶聚合物的圆偏振发光行为研究

As the origin of chiral optical activity, structure is the key factor for the circularly polarized luminescence (CPL) performance of materials. However, the correlation mechanism among CPL generation, properties modulation and microstructure of the materials has not been known well yet. This project focus on investigating how molecular stacking structure characteristic affects circular polarized luminescence performance. In this study, a series of chiral liquid crystal polymer with various mesomorphic properties and aggregation induced luminescence (AIE) feature will be designed and synthesized. To improve the synergy movement ability of chiral groups and luminescent groups, they could be linked by chemical bonds, and then be regulated by modifying their structures and relative positions in molecular chains. The electric field orientation method will be used to control screw pitch and liquid crystal phase transition, thus studying the behavior of circular polarized luminescence before and after helical structures disappeared will provide strong evidence to clarifying correlation mechanism between the CPL generation and structure. This project will provide experimental and theoretical evidences for mechanism of circularly polarized absorption and luminescence generation, and also pave a new way to molecular design and regulation for high efficiency CPL materials.

作为手性来源的载体，结构是材料能否具备圆偏振发光性能的关键。然而，圆偏振发光的产生及性能调控与材料微观结构的关联机制至今尚未明确。本项目以揭示分子有序堆积结构特征对圆偏振发光性能的影响规律及实现其性能调控为研究目标，拟设计、合成系列不同液晶性质的聚集态诱导发光手性液晶聚合物。通过化学键将手性基团引入到发光基团并调节它们在聚合物分子链中相对位置和结构，提高荧光基团和手性基团的协同运动能力。采用电场取向改变螺距和实现液晶相态转变，研究螺距变化及液晶相转变过程的圆偏振发光行为，揭示螺旋结构消失前后的高有序度液晶相的圆偏振发光变化规律，阐明圆偏振发光产生与有序堆积结构特征的关系，探索圆偏振发光与结构的新关联机制。本项目的实施，可为圆偏振发光、吸收的产生机制提供新的实验和理论依据，并为圆偏振发光材料的分子设计和性能调控提供新方法。

近年来，圆偏振发光材料在三维信息显示、量子信息、高维防伪、反射器、光学传感器、激光器等领域有着十分广阔的应用前景，引起了科学家们的广泛研究兴趣。然而，圆偏振发.光的产生及性能调控与材料分子及微观结构的关联机制至今尚未明确。本项目揭示了分子结构及有序堆积结构特征对圆偏振发光性能的影响规律，实现其性能调控。主要包括：（1），合成了系列不同柔性间隔基长度、不同分子量的主链手性发光聚合物，研究发现聚合物分子量的大小对该类手性聚合物能否形成有序的螺旋结构具有重要影响，分子量较小时能够获得有序螺旋组装结构而具有圆偏振发光性能。（2）合成了系列胆甾醇取代的荧光化合物，该类化合物的组装体都能获得较好的圆偏振发光性能，并发现胆甾醇取代基的数量是自组装体的螺旋方向的决定因素。所合成的多数化合物与液晶相容性较好，制备了性能优异的液晶器件。发现掺杂浓度决定了对液晶的相组织及螺距。该液晶器件可通过电场和热来调控圆偏振发光的强度，并具有优异的可回复性能，揭示了液晶织构变化及螺距变化与圆偏振发光的关联性。（3）合成了单手性中心和轴手性的荧光化合物，发现溶剂极性影响组装体的螺旋方向和圆偏振发光强度。此外，极性溶剂中分子内的电荷转移会造成激发态的圆偏振发光减弱甚至消失，但极性溶剂中的超分子凝胶的圆偏振发光则不受分子内电荷转移影响。该项目的施行，加深了人们对圆偏振发光与分子结构及微观结构关联机制的理解，具有重要的科学意义和广泛的应用前景。