RIKEN Jagħmel Progress Ġdid fil-Medda ta' Temperatura Ultra Wiesgħa (-180~240 grad) Laser tal-Kristall Likwidu tal-Fażi Blu

Lejżers tal-kristalli likwidi ta 'fażi blu (BPLCs), bil-limitu baxx tal-laser tagħhom, rispons multi-stimolu, emissjoni multidirezzjonali u konfigurabbiltà mill-ġdid f'ħin reali, għandhom prospetti kbar ta' applikazzjoni fis-sensing, wiri u kontra l-falsifikazzjoni. Bħalissa, ir-riċerka dwar lejżers tal-kristalli likwidi tal-fażi blu tinkludi l-irfinar tal-wavelength tal-lejżer taħt stimuli esterni (eż., dawl, elettriku, sħana, forza, eċċ.), u t-tieqa dejqa tat-temperatura tal-BPLCs infushom wasslet għal interess dejjem akbar fl-istudju tal-lejżers BPLCs ta 'dominju b'temperatura wiesgħa. L-adozzjoni ta 'sistemi ta' stabbilizzazzjoni tal-polimeru wessgħet b'suċċess il-firxa tat-temperatura tal-BPLCs għal 500 grad, li twassal ukoll għat-twessigħ korrispondenti tal-firxa tat-temperatura tal-lejżers BPLCs. Madankollu, meta mqabbla ma 'lejżers organiċi oħra, il-kristallizzazzjoni każwali ta' molekuli żgħar tal-fażi mobbli f'BPLCs f'temperaturi baxxi u l-kompatibilità fqira bejn iż-żebgħa u s-sistema jagħmluha ta 'sfida li jarmu lejżers taħt 0 grad f'BPLCs. Barra minn hekk, il-mekkaniżmu tax-xogħol tal-lejżers BPLCs f'temperaturi baxxi għadu mhux ċar. Dan jillimita serjament l-applikazzjonijiet potenzjali tal-lejżers BPLCs f'ambjenti oħra ta 'temperatura baxxa bħal polari, oċean fond, u spazju. Għalhekk, id-disinn ta 'sistemi BPLCs adattati biex jilħqu kompatibilità tajba tas-sistema u kontra l-iffriżar b'temperatura baxxa huwa importanti għall-iżvilupp ta' lejżers BPLCs b'temperatura baxxa.
Sabiex issolvi l-problemi ta 'hawn fuq, it-tim tal-akkademiku Jiang Lei u r-riċerkatur Wang Jingxia miċ-Ċentru għall-Bionanomaterjali u x-Xjenza tal-Interface tal-Istitut tal-Fiżika u l-Kimika, l-Akkademja Ċiniża tax-Xjenzi, ipprepara kristalli likwidi ta' fażi blu stabbilizzati bil-polimer b' firxa wiesgħa ta 'temperaturi (-190 grad ~ 360 grad ) fix-xogħol preċedenti tagħhom (Nat. Commun. 2021, 12 (1), 3477.); billi taġġusta ċ-ċentri tal-faxxa tal-faxxa u l-mudelli taż-żebgħa tal-kristalli likwidi tal-fażi blu, stajna niksbu l-istess riżultati. Billi taġġusta ċ-ċentru tal-bandgap tal-kristalli likwidi ppreparati tal-fażi blu, il-parametru tal-ordni taż-żebgħa, il-kwalità tal-kavità tar-reżonanza u l-enerġija tal-pompa, inkiseb lasing tal-emissjoni tal-wiċċ ta 'modalità waħda sa erba' fil-kavitajiet tar-reżonanza ta 'kristalli likwidi ta' fażi blu drogati biż-żebgħa (C6-BPLCs) (Avvi Mater. 2022, 34 (9), 2108330.); il-kristalli likwidi ppreparati tal-fażi blu jintużaw bħala mudelli għall-preparazzjoni ta 'kristalli likwidi b'fażi blu b'ħafna kuluri solvuti ħafna. Bl-użu tal-kristalli likwidi blu ppreparati bħala mudelli, ġew ippreparati kristalli likwidi blu b'ħafna kuluri b'riżoluzzjoni għolja (Adv. Funct. Mater. 2022, 32 (15), 2110985.); u billi tirregola l-kontenut tal-polimeru tal-kristalli likwidi blu, is-sistema tal-armar tal-polimeru tal-kristalli likwidi blu nkisbet, u l-firxa tat-temperatura tal-BPLCs ġiet estiża għal 25 ~ 230 grad (Adv. Mater. 2022, 34 (47), 2206580.). Mater. 2022, 34 (47), 2206580.
Riċentement, it-tim ta 'riċerka rrealizza b'suċċess firxa wiesgħa ta' temperatura tal-lejżer ({0}} grad) taħt 0 grad permezz ta 'għażla u disinn razzjonali ta' sistema, u naqqas il-kristallizzazzjoni każwali ta 'molekuli żgħar tal-kristalli likwidi f'livell baxx temperaturi bil-polimerizzazzjoni kollha, u l-għażla ta 'monomeri tal-kristalli likwidi flessibbli tal-katina (RM105) u molekuli taż-żebgħa (DCMs) biex itejbu l-kompatibilità tas-sistema. Intwera li l-BPLCs kollha tal-polimeru wrew wisa' tal-linja tal-lejżer dejqa (0.0881 nm) u limitu baxx tal-laser (37 nJ / polz) minħabba kompatibilità tajba tas-sistema; sadanittant, is-sistema polimerizzata kollha żiedet l-istabbiltà foto-termali tal-kampjuni, inklużi sinjali suffiċjenti ta 'riflettanza/fluworexxenza, rendimenti kwantiċi xierqa u ħajjiet ta' fluworexxenza, spettri ta 'riflettanza u fluworexxenza mqabbla, fabbrikazzjoni ta' BPLCs stabbli u temperatura għolja ta 'dekompożizzjoni, li ppermettiet lill-kampjuni biex jarmu dawl tal-lejżer fi -180-240 grad . Barra minn hekk, ir-regoli tal-varjazzjoni tal-wavelength tal-laser u l-limitu tal-BPLCs f'temperatura baxxa (<0 ℃) are revealed for the first time, i.e., red-shifted laser wavelength and increasing laser threshold with decreasing temperature, resulting in a red-shifted laser wavelength and a "U"-shaped laser threshold in -180~240 ℃. These unique laser behaviors are related to the temperature-dependent anisotropic deformation of the BP lattice (-180-0 ℃: BPI lattice contracted along the (110) direction; 0-26.7 ℃: almost unchanged BPI lattice; 26.7-240 ℃: BPI lattice accelerated to expand along the (110) direction). This work not only opens the door to low-temperature BPLCs, but also provides important insights into the design of novel organic optical devices.
Ir-riżultati huma ppreżentati bħala Lejżers ta 'Temperatura Super-wide' li jkopru minn -180 grad sa 240 grad ibbażati fuq Soprastrutturi ta' Fażi Blu kompletament polimerizzati, ippubblikati f'Materjali Avvanzati.
L-awtur korrispondenti tal-artiklu huwa Dr Jingxia Wang tal-Istitut tal-Fiżika u l-Kimika, l-Akkademja tax-Xjenzi Ċiniża. Yujie Chen, student tal-PhD fl-IUPAC, CAS, kien l-ewwel awtur. Is-Sur Jing Li u s-Sur Feng Jin mill-IUPAC għenu l-karatterizzazzjoni tal-laser tal-kristalli likwidi tal-fażi blu, il-Prof. Lei Shi mid-Dipartiment tal-Fiżika, l-Università ta 'Fudan għenu l-karatterizzazzjoni tal-bandgap fotonika tal-kristalli likwidi tal-fażi blu, u l-Akkademiku Lei Jiang mill-Istitut tal-Fiżika u l-Kimika, l-Akkademja tax-Xjenzi Ċiniża, ipprovdew gwida u assistenza professjonali għal dan l-istudju.
Din ir-riċerka kienet appoġġata mill-Fondazzjoni Nazzjonali tax-Xjenza Naturali taċ-Ċina u l-Programm ta 'Riċerka tal-Pajjiżi l-Baxxi tal-Akkademja tax-Xjenzi Ċiniża.

Figura 1. Struttura kimika u karatterizzazzjoni ta 'BPLCs polimerizzati kompletament. a) Formuli strutturali kimiċi tas-sustanzi użati fil-kampjuni polimerizzati għal kollox taż-żebgħat drogati; b) Dijagramma skematika tal-bidliet mikrostrutturali tal-kampjuni fid-dominju tat-temperatura tal-lejżer ta' gradi -180 - 240; c) Plottijiet TEM; d) Plottijiet Kossel; Temperatura varjabbli e) Spettri ta' riflessjoni u f) Spettri ta' fluworexxenza tal-kampjuni ta' grad -180 - 240; g) wavelength tal-lejżer kontra t-temperatura; h) paragun tax-xogħol preżenti mal-firxa tat-temperatura operattiva tal-lejżers tal-kristalli likwidi b'fażi blu fil-letteratura.

Figura 2. Tqabbil tal-prestazzjoni ta 'din is-sistema ta' polimeru kollu ma 'sistemi oħra u test ta' kompatibilità taż-żebgħa. a) Tqabbil tal-firxa tat-temperatura tal-lejżer; b) Tqabbil tal-limitu tal-lejżer f'temperatura tal-kamra; c) Test tas-solubilità taż-żebgħa taħt POM c1) 90.0 mg RM105 + 4.5 mg DCM; c2) 90.0 mg C6M + 4.5 mg C6, f'120 grad . Dan jindika li DCM għandu kompatibilità aħjar ma 'RM105. df) Kalkoli teoretiċi tad-densità tal-enerġija koeżiva (CED), sistema sperimentali: RM105 + RM257 + DCM; sistema ta 'kontroll: C6M + C6. Is-sistema sperimentali għandha CED akbar u parametru ta 'solubilità (δ) mis-sistema ta' kontroll, li tissuġġerixxi li s-sistema tal-polimeru kollu għandha kompatibilità aħjar minn C6M + C6. g) D) Kalkoli teoretiċi ta' DCM, RM105 + 4.5 mg DCM; c2) 90.0 mg C6M + 4.5 mg C6 f'120 grad . (g) Plott DSC, hemm temperatura waħda biss ta' transizzjoni tal-ħġieġ (Tg=26.7 grad ) għall-kampjun tal-polimeru kollu, filwaqt li m'hemmx biss Tg (-42.94 grad ), iżda wkoll quċċata ta 'kristallizzazzjoni (Tc=-24.95 grad ) u quċċata ta' transizzjoni tal-fażi tal-komponent mhux polimerizzat (TBP=77.35 grad ) għall-kampjun bi grad ta 'polimerizzazzjoni ta' 25 wt%. (TBP= 77.35 grad ).
Figura 3. Proprjetajiet tal-lejżer tal-kampjuni tal-polimeru kollu. ab) Spettri ta' emissjoni, -180-240 grad; cd) FWHM tal-laser f'temperatura ambjentali; e) Limitu tal-lejżer f'temperatura ambjentali; f) Limitu kontra t-temperatura f'forma ta' "U".

Figura 4. Analiżi tal-proprjetà fototermali tal-kampjuni tal-polimeri kollha. a) Analiżi termogravimetrika; bd) Temperatura varjabbli in situ XRD; e) Pożizzjonijiet relattivi ta' qċaċet ta' riflessjoni u qċaċet ta' fluworexxenza f'temperaturi differenti; f) Tul ta' mewġ taċ-ċentru ta' riflessjoni/intensità ta' riflessjoni kontra t-temperatura; Temperaturi varjabbli g) Rendimenti kwantiċi u h) Ħajja tal-fluworexxenza; i) Plottijiet POM ta' temperatura varjabbli in situ; j) Spettri ta' temperatura varjabbli in situ solvuti angularment (mod ta' riflessjoni).

Figura 5. Varjazzjoni Kossel in-situ matul il-bidla fit-temperatura tal-kampjuni kollha tal-polimeri. a) plottijiet Kossel; b) Plottijiet Kossel / kannizzata BP kontra temperatura; c) Raġġ ċirkolari taċ-ċentru Kossel (R) u wavelength taċ-ċentru tar-riflessjoni (λ) kontra t-temperatura (T).

Figura 6. Tibdil mikrostrutturali u proprjetajiet oħra tal-lejżer ta 'kampjuni kollha tal-polimeri waqt il-bidla fit-temperatura. a) Bidliet tal-kannizzata BP f'temperaturi differenti. a1) Kannizzata BPI ikkuntrattata tul (110); a2) kannizzata BPI kważi mhux mibdula; a3) espansjoni aċċellerata tal-kristalli BPI tul (110); b) emissjoni tal-lejżer fi tliet direzzjonijiet ortogonali ta' x, y, u z, enerġija tal-pompa: 0.205 μJ/polz; c) test tal-polarizzazzjoni tal-laser, L/RCP: dawl polarizzat ċirkolarment tax-xellug/lemin, enerġija tal-pompa: 0.205 μJ/polz. enerġija tal-pompa: 0.205 μJ/polz.