中国科大创制可穿戴圆偏振光学传感器件
来源：中国科学技术大学2025/12/4 14:06:1117361
导读
近日，中国科学技术大学庄涛涛教授团队提出了一种基于共价键合手性发光材料的圆偏振光学传感器，可在大幅形变下保持高发光不对称性，并成功应用于火灾等极端环境下的成像传感。
光学成像作为人类拓展视觉感知的重要手段，其材料/体系的关键挑战是如何在复杂干扰与剧烈形变下，仍能实现稳定、高对比度的信息捕获。近日，中国科学技术大学庄涛涛教授团队提出了一种基于共价键合手性发光材料的圆偏振光学传感器，可在大幅形变下保持高发光不对称性，并成功应用于火灾等极端环境下的成像传感。相关成果以“Covalent-bonding chiroptical network structures for circular polarization differential imaging”为题发表在国际知名学术期刊《自然·通讯》(NatureCommunications 2025, 16,10644)上。
在浓烟、强光、复杂背景干扰等极端环境中，传统光学成像技术(如强度成像、光谱成像及红外热成像)常因信息维度单一，导致识别率下降、目标隐匿的困境。偏振作为光的重要属性，能够提供强度与波长之外的深层信息。其中，圆偏振光在传播过程中具备特定的旋转方向和优异的保偏性，为突破复杂环境成像瓶颈提供可能。然而，如何实现圆偏振发光材料在承受大幅机械形变时仍保持高圆偏振信号，是实现柔性可穿戴圆偏振成像的重要挑战。
为解决这一难题，研究团队提出了一种共价交联策略，将手性液晶弹性体作为光学螺旋调制器，与嵌入聚合物基质的高效无机发光结构相结合，制备了一系列可拉伸手性发光材料。该类材料的发光不对称因子高达1.31，且在80%的形变下(成年人关节最大形变率为50-70%)仍能保持10-1量级的发光不对称性。基于此，研究团队创制了可穿戴圆偏振光学传感器，并创新性地开发了“圆偏振差分成像”技术。该设计可显著提升目标与背景的对比度，在复杂的火灾场景中，成功实现对圆偏振信号的精准、稳定识别，其成像效果优于传统热成像与光强度成像技术。
图：可拉伸手性发光材料的制备、性能及圆偏振成像传感应用
该研究不仅为开发适应极端环境的可穿戴成像系统提供新材料与新方法，也为偏振光学在智能传感、救援监测等领域的应用开辟了新路径。
中国科学技术大学化学系博士后赵珊珊和博士生张铭江为文章的共同第一作者，我校庄涛涛教授为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院人才计划、安徽省杰出青年基金等项目的资助支持。
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