中国科学院理化技术研究所团队在蓝相液晶精细结构组装研究取得进展

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中国科学院理化技术研究所团队在蓝相液晶精细结构组装研究取得进展

蓝相液晶（BPLCs）是以双扭柱结构为基本组装单元，自组装形成的三维立方晶格超材料，具有独特的手性光学、全向光子带隙与快速电光响应特性，在超快显示、可调谐激光器及集成光子学领域前景广阔。实现蓝相液晶在微纳尺度上的精确图案化、单畴控制及相态操纵，是将其优异光学性能转化为高性能光子器件的关键，然而传统方法在分辨率、畴区质量与相态精确调控方面面临挑战。

近日，中国科学院理化技术研究所团队提出了一种软约束组装策略，制备了高分辨率、高有序度的单畴蓝相液晶微腔阵列，揭示了曲率依赖的相态操控机制，并构建了集几何、相态、结构色与激光信号于一体的四模态光学加密系统，为动态防伪与安全通信提供了解决方案。

团队通过设计具有精确微沟槽结构的聚二甲基硅氧烷模板，并利用其空间限域效应引导BPLCs的定向成核、生长与组装。研究发现，微沟槽的几何限制可控制BPLCs的成核位点与排列，其曲率成为调控相变动力学的关键参数。弯曲沟槽可明显降低BPLCs从BPII到BPI相变的成核能垒，在相同降温条件下，实现比直沟槽更快的相变速率，该发现为通过“曲率编程”来控制材料局部相态提供了新原理。

基于此原理，研究团队制造了分辨率达1270PPI的单畴BPLC微腔阵列。该阵列表现出均匀的光学特性与优异的激光性能，阈值低至128μJ cm-2，品质因子达约1.3×104。团队利用曲率对相态的差异化调控能力，一次性在同一基底上集成了具有不同相态（各向同性态、BPII、BPI）的复杂图案。

以此为基础，团队展示了一个四模态光学加密系统。该系统将信息（如“TIPC”字样）编码于不同曲率的微沟槽中。在初始高温（加密）状态下，仅部分区域显示BPII的蓝色结构色，且信息被隐藏。随着温度降低（解密），不同曲率区域发生异步相变，最终呈现出由绿色（BPI）和蓝色（BPII）区域组成的预定图案。同时，不同相态区域对应着不同的激光信号（无激光、放大自发辐射、激光），构成了第四重动态验证维度。这种融合了形貌、相态、颜色与激光的多维信息加密方案，提升了防伪的安全等级与复杂性。

该研究发展了高效制备高性能BPLC微腔阵列的普适性策略，揭示了曲率对软物质三维超结构相行为的调控规律，也开拓了多维光学加密与动态防伪的新范式，对推动软光子学在集成光学芯片、信息安全等领域的应用具有重要意义。

相关研究成果发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上 。研究工作得到国家自然科学基金委员会等的支持

高分辨率BPLCs微腔阵列的制备与表征

整合相位状态、结构色、形状及激光信号的四模态光学加密技术

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