中國科大創(chuàng)制可穿戴圓偏振光學(xué)傳感器件
光學(xué)成像作為人類拓展視覺感知的重要手段，其材料/體系的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是如何在復(fù)雜干擾與劇烈形變下，仍能實現(xiàn)穩(wěn)定、高對比度的信息捕獲。近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)莊濤濤教授團隊提出了一種基于共價鍵合手性發(fā)光材料的圓偏振光學(xué)傳感器，可在大幅形變下保持高發(fā)光不對稱性，并成功應(yīng)用于火災(zāi)等極端環(huán)境下的成像傳感。相關(guān)成果以“Covalent-bonding chiroptical network structures for circular polarization differential imaging”為題發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》（NatureCommunications 2025, 16,10644）上。
在濃煙、強光、復(fù)雜背景干擾等極端環(huán)境中，傳統(tǒng)光學(xué)成像技術(shù)（如強度成像、光譜成像及紅外熱成像）常因信息維度單一，導(dǎo)致識別率下降、目標隱匿的困境。偏振作為光的重要屬性，能夠提供強度與波長之外的深層信息。其中，圓偏振光在傳播過程中具備特定的旋轉(zhuǎn)方向和優(yōu)異的保偏性，為突破復(fù)雜環(huán)境成像瓶頸提供可能。然而，如何實現(xiàn)圓偏振發(fā)光材料在承受大幅機械形變時仍保持高圓偏振信號，是實現(xiàn)柔性可穿戴圓偏振成像的重要挑戰(zhàn)。
為解決這一難題，研究團隊提出了一種共價交聯(lián)策略，將手性液晶彈性體作為光學(xué)螺旋調(diào)制器，與嵌入聚合物基質(zhì)的高效無機發(fā)光結(jié)構(gòu)相結(jié)合，制備了一系列可拉伸手性發(fā)光材料。該類材料的發(fā)光不對稱因子高達1.31，且在80%的形變下（成年人關(guān)節(jié)最大形變率為50-70%）仍能保持10-1量級的發(fā)光不對稱性。基于此，研究團隊創(chuàng)制了可穿戴圓偏振光學(xué)傳感器，并創(chuàng)新性地開發(fā)了“圓偏振差分成像”技術(shù)。該設(shè)計可顯著提升目標與背景的對比度，在復(fù)雜的火災(zāi)場景中，成功實現(xiàn)對圓偏振信號的精準、穩(wěn)定識別，其成像效果優(yōu)于傳統(tǒng)熱成像與光強度成像技術(shù)。
圖：可拉伸手性發(fā)光材料的制備、性能及圓偏振成像傳感應(yīng)用
該研究不僅為開發(fā)適應(yīng)極端環(huán)境的可穿戴成像系統(tǒng)提供新材料與新方法，也為偏振光學(xué)在智能傳感、救援監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新路徑。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系博士后趙珊珊和博士生張銘江為文章的共同第一作者，我校莊濤濤教授為通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院人才計劃、安徽省杰出青年基金等項目的資助支持。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-65647-6
（化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、科研部）
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