在光电子技术与信息安全领域，圆偏振光（CPL）材料因其独特的光学活性备受关注，可广泛应用于 3D 显示、防伪加密和光电子器件等场景。然而，传统 CPL 材料如有机分子、金属配合物及量子点（QDs）面临两大核心挑战：一是发光不对称因子（glum）普遍较低（多数低于 0.1），二是重金属基 QDs（如含镉、铅的卤化钙钛矿）存在毒性隐患。此外，手性液晶（CLC）虽能实现较高glum，但其应用受限于流动相状态，难以满足柔性器件的需求。开发兼具高光致发光量子产率（PLQY）、高glum且环境友好的可打印 CPL 材料，成为突破现有技术瓶颈的关键。
为攻克上述难题，研究人员开展了以碳点（CDs）为核心的 CPL 材料研究。碳点作为一种无重金属的新型纳米材料，具有优异的光热稳定性、溶液加工性和可调发光特性，在 LED 显示等领域已展现潜力。来自相关机构的研究团队通过螺旋共组装策略，将 CDs 与手性液晶（CLC）结合，开发出全色高效的 CPL 光子涂料材料，并将研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》。
主要技术方法
研究采用螺旋共组装与微胶囊封装技术：通过调节手性掺杂剂（S5011/R5011）与向列相液晶（E7）的比例，精准调控手性液晶的光子带隙（PBG），使其覆盖 400-700 nm 可见光范围；利用明胶 - 阿拉伯胶凝聚法，将 CDs 掺杂的手性液晶（CDs-CLC）核心包裹于聚合物壳中，形成固态 CPL 光子涂料（CDs-CPL），实现流动性控制与结构稳定。通过偏光显微镜（POM）、荧光光谱、圆二色光谱（CD）及 CPL 光谱等手段，对材料的光学性能与微观结构进行表征。
研究结果
全色 CDs-CPL 的制备与光学特性
通过改变手性掺杂剂与 E7 的重量比（3.4%-2.1%），手性液晶的反射光谱实现从紫外 - 蓝光到红光的红移，对应结构色覆盖整个可见光范围。将蓝、绿、黄、红等不同发光颜色的 CDs 与手性液晶共组装，经聚合物壳封装后得到全色 CDs-CPL，在自然光和紫外光下分别呈现对应颜色，且可通过混合不同颜色 CDs-CPL 调配出白光（如蓝 + 黄混合）。差示扫描量热法（DSC）显示，材料的清亮点随手性掺杂剂比例增加而降低，表明掺杂剂含量影响液晶相热稳定性。
光学与结构表征
显微镜观察显示，CDs-CPL 以均匀微球形式分散，荧光显微镜下呈现对应发光颜色，偏光显微镜下可见典型的马耳他十字图案，证实液晶分子呈径向排列的螺旋超结构。紫外 - 可见光谱与荧光光谱表明，CDs-CPL 的发射峰与手性液晶的 PBG 匹配良好，PLQY 均超过 80%。圆二色光谱显示，材料在可见光范围具有强 CD 信号，源于手性掺杂剂诱导的螺旋结构。
CPL 性能评估
手性液晶（E7+R/S5011）的glum高达 1.82，接近理论最大值 2；掺入 CDs 后，CDs-CLC 核心的glum仍超 1.4，封装后的 CDs-CPLglum达 0.92，品质因数（FM=PLQY×glum）分别为 1.12（CDs-CLC）和 0.75（CDs-CPL），显著优于其他 CPL 材料。CPL 光谱显示，材料发射光具有强镜像对称性，左右手性 CPL 可通过圆偏振片选择性过滤，验证其优异的圆偏振特性。
打印应用与多级防伪
CDs-CPL 的溶液加工性使其可通过点胶打印在柔性基板（如 PET 织物）上，形成角度无关的 CPL 发光图案。基于左右手性 CDs-CPL 的光学差异，构建多级防伪系统：紫外光下可见基于 PL 特性的一级防伪图案（如 QR 码），而通过圆偏振片观察时，因 CPL 选择性吸收导致图案明暗差异，形成二级防伪效果，显著提升伪造难度。
结论与意义
该研究通过螺旋共组装策略，成功制备出全色高效的 CDs-CPL 材料，突破了传统 CPL 材料在glum、PLQY 及环境兼容性方面的瓶颈。材料兼具高光学性能（PLQY>80%，glum>1.4）、可打印性和柔性基底适应性，在柔性 3D 显示、信息加密、防伪技术等领域展现出广阔应用前景。其核心创新在于将无重金属碳点与手性液晶结合，通过结构调控实现高效 CPL 发射，为下一代光电子材料的设计提供了新思路。未来，进一步优化光子带隙与发射光谱的匹配度，有望推动 CPL 材料在激光、光催化等领域的应用拓展。
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