在自然界中，许多生命体——从闪光的甲虫到绚烂的蝴蝶——都展示着光的奥秘。科学家们不仅欣赏这种美，更致力于在实验室中“设计光”，尤其是让光“旋转起来”，即圆偏振光。这种光不仅携带着颜色信息，还包含着旋转方向，在3D显示、信息加密、生物成像等领域具有广阔前景。然而，长期以来，如何制备出同时具备高亮度、高偏振纯度和全彩发光能力的材料，一直是光学材料领域的重大挑战。

近日，中国科学院化学研究所的陈传峰研究团队在这一领域取得突破性进展。他们通过精巧的“超分子工程”策略，成功设计并制备出一类新型本征发光手性向列液晶材料，实现了从蓝、绿、黄到红，甚至纯净白光的高亮度圆偏振发光。这项研究攻克了传统材料中偏振度与发光亮度难以兼得的固有矛盾，为未来高端显示与加密防伪技术开辟了全新路径。

研究团队选取了商用液晶显示器中常用的向列液晶核心骨架——联苯结构，将其与一种高效发光聚合物中的二辛基芴单元相结合。就像乐高积木一样，通过精确的化学合成，他们构建出了五种色彩各异的新型分子（2PFQ，2PFBQ，2PFB，2PFSe，2PFS）。这些分子不仅完美继承了液晶分子高度有序排列的特性，更天生具备卓越的发光本领。测试表明，它们的发光效率最高可达惊人的99%，几乎能将吸收的光子全部转化为发射光，为高亮度输出奠定了基础。

单纯的发光液晶分子只能发出普通光。要让光“旋转”起来，关键在于引入“手性”——即类似左手与右手一样镜像对称而不能重合的特性。研究团队向这些发光液晶中掺入了微量的手性掺杂剂（P/M-THH）。在加热至液晶相后快速冷却的“淬火”工艺下，这些手性分子如同“指挥家”，引导发光液晶分子自发组装成具有稳定螺旋排列的薄膜。在这种结构中，无数发光单元并非杂乱无章，而是沿着一个方向整齐地“旋转排列”，从而让材料发出的光天然具备了左旋或右旋的圆偏振特性。最终得到的薄膜性能卓越：其圆偏振发光的不对称因子（g）最高可达±0.75（接近理论极限±2），同时发光效率仍保持在71%的高水平。这意味着材料发出的光不仅“旋转”得非常纯粹，而且极其明亮。通过调节不同颜色发光分子的比例，研究人员轻松实现了覆盖整个可见光范围的全彩发光，甚至调配出了色坐标完美的纯白色圆偏振光。

如何直观展示这种“旋转的光”？研究人员设计了一个巧妙的演示实验：他们将分别发出左旋和右旋圆偏振光的薄膜制成星形和蝴蝶图案，并排放置。在普通紫外灯下，两者同样明亮。但当在镜头前加入一个只允许左旋光通过的“滤镜”时，星形图案瞬间变亮，蝴蝶图案则明显变暗；换上右旋滤镜，情况则完全相反。这直观证明了材料发出的确实是高度纯化的圆偏振光。

基于其全彩色和圆偏振双重光学特性，这种材料成为信息加密的理想载体。研究团队演示了一套莫尔斯电码三重加密系统：在自然光下，薄膜几乎隐形；在紫外光下，显现出第一层彩色图案信息；再分别透过左旋或右旋偏振片观看，又能解读出完全不同的第二层隐藏信息。这种将颜色、偏振与光照条件结合的多维加密方式，为高级防伪技术提供了全新的解决方案。

这项研究不仅成功创制了一类性能顶尖的圆偏振发光材料，更提供了一条突破传统性能桎梏的有效路径——通过分子设计与超分子组装相结合的策略。未来，这种兼具高亮度、高偏振度和色彩可调性的柔性薄膜材料，有望在下一代3D显示、可穿戴设备、超高安全性防伪标签以及微型化光电子器件等领域大放异彩，让“旋转的光彩”真正照亮未来科技生活。

参考文献：

1. Z.-X. Yu, X.-W. Chen, C.-F. Chen, M. Li, Angew. Chem. Int. Ed.2025, 64, e202507802.