有机手性超分子共晶微结构的可控构筑及偏振激光性能研究
批准号:
22073026
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
张伟
依托单位:
学科分类:
光化学与光谱学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张伟
中文摘要
圆偏振激光,在3D显示、激光加工等诸多领域,具有商业线偏振激光不可比拟的优势和应用前景。手性发光材料,能够在受激状态下发射出左旋或右旋圆偏振光,为构筑低能耗、小尺寸的圆偏振激光提供了重要的契机。然而常见手性发光材料,呈液晶、凝胶等无定形状态,不利于晶体水平的圆偏振激光的制备。因此,发展一种具有规则形貌、能受激增益的手性发光晶体,是构筑超小圆偏振激光的关键。本项目拟采用超分子共结晶策略,选择常见的手性小分子或大环分子为主体,设计合成一系列骨架相似的激光分子为非手性客体,通过调控主-客体相互作用、制备条件,实现手性共晶微结构的可控组装,总结出具有指导意义的组装规律;发展新的光电谱学手段,研究手性共晶的激发态动力学、微腔谐振、受激辐射性质,力争实现低阈值、波长可调的圆偏振激光;揭示手性共晶体系中分子结构/共晶结构/微腔谐振/激光性能之间的构性关系,为构建高性能圆偏振激光,提供新的思路和理论依据。
英文摘要
Circularly polarized lasers (CPLasers), have greater advantages and prospects than those of commercial linearly polarized lasers in many fields such as 3D display and laser processing. Chiral luminescent materials, which can actively emit left-handed or right-handed circularly polarized luminescence upon excitation, provide a great opportunity to construct low-energy, small-sized circularly polarized lasers. However, as-reported chiral luminescent materials are usually amorphous states including the liquid crystal, gel, and so on, which is not conducive to fabricate the crystal-based circularly polarized lasers. Hence, the development of a chiral light-emitting crystal with regular morphology and high gain is the key to the construction of ultra-small circularly polarized lasers. This project would adopt a supramolecular co-crystallization strategy, which selects the common chiral small molecules or macrocyclic molecules as the host, and synthesizes a series of organic laser molecules as the achiral guest, to realize the controllable assembly of cocrystal microstructures by regulating the host-guest interactions and the assembly conditions, and further propose a mechanism for the guidance of chiral co-crystal assembly. Developing new photoelectric spectral systems to study the properties of the excited-state dynamics, microcavity resonance and stimulated emission from the chiral cocrystals, and to achieve low-threshold wavelength-tunable circularly polarized lasers. Furthermore, it will reveal the relationship among the molecular structures/cocrystal structures/microcavity resonances/laser performances in chiral supramolecular system to provide novel strategies and theories for the construction of high-performance circularly polarized laser.
自旋手性光或激光,在3D显示、量子通讯等诸多领域,具有传统线偏振光不可比拟的优势和应用前景。手性发光材料,能够在受激状态下直接发射出左旋或右旋圆偏振光(一种典型的自旋光),能解决传统“线偏光加装1/4波片构筑圆偏振光”策略存在的器件尺寸大、能耗高等问题,为构筑低能耗、小尺寸的自旋发光器件,提供了新的契机。然而常见的手性发光材料,通常呈液晶、凝胶等无定形状态,阻碍了微纳自旋发光器件的制备。本项目采用“超分子共结晶”策略,利用易结晶的非手性分子诱导不易结晶的手性分子,设计合成了一系列具有规则形貌的手性微晶,实现了晶体水平、微纳尺寸的高效直接圆偏振发光或激光。具体如下:(1)针对最常见的手性形貌“螺旋”这一难结晶制备的结构,提出“不对称组装”的思路,从易于结晶的刚性分子入手,引入不对称的电荷转移作用,打破原有分子晶体的对称性和刚性,首次实现了基于刚性分子的单晶螺旋手性微结构的制备。(2)针对最经典的拓扑手性结构“莫比乌斯环”在单晶材料领域至今难以可控制备的难题,我们在“单晶螺旋”组装的基础上,提出“拓扑限域组装”概念,借助“咖啡环效应”,将螺旋组装限域在液滴“油-水-基底”的环形三相界面处,在国际上首次实现了“莫比乌斯环”的可控单晶制备,为拓扑自旋光或激光提供了理想的增益结构。(3)针对现有圆偏振发光材料的单光窄色域和多色互扰的问题,提出“手性异质结”的概念,利用发光手性分子的自组装、手性分子-非手性分子共组装等两步外延生长策略,可控组装得到了多色手性微纳异质结构,实现了空间分辨的圆偏振发光,填补了国际上在“手性异质结”研究领域的空白。(4)针对传统圆偏振光谱技术只能检测宏观手性样品而对微纳手性样品无能为力的问题,自主研发了一套“显微圆偏振光谱测试系统”,实现了对于上述微纳手性结构的圆偏振发光性质的定性研究,研究结果十分接近对应宏观样品的测试结果,初步达到了商业化应用的水平。
有机微纳手性激光晶体的超分子构筑及性能研究
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批准号:2021JJ20004
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2021
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负责人:张伟
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依托单位:
有机给受体共晶的可控组装及其在纳米光子学中的应用
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批准号:2020JJ5351
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2020
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负责人:张伟
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依托单位:
低维有机电荷转移共晶的可控组装及电致化学发光性能研究
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批准号:21703063
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2017
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负责人:张伟
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依托单位:
国内基金
海外基金