重磅！中国科学家解决蓝相液晶0℃以下激光发射难题，实现-180℃到240℃的超宽温域

瞻观前沿

蓝相液晶，是一种具有三维周期性结构的特殊液晶。凭借独特的光学性能、以及亮丽的结构色，其已被广泛用于新型柔性光电子器件的制备。

近日，中国科学院理化所王京霞研究员和团队解决了蓝相液晶 0℃ 以下的激光发射难题，让蓝相液晶激光实现了超宽的温域，最低可以达到-180℃，最高可以达到 240℃。最终，相关论文以《基于全聚合蓝相上层结构的 180~240℃ 的超宽温度激光器》（Super-Wide Temperature Lasers Spanning from −180 to 240 °C based on Fully-Polymerized Blue Phase Superstructures）为题发在 Advanced Materials。

此前，通过稳定的聚合物支架体系，该团队已经将蓝相液晶激光的温域扩展至 25-230℃。但是，在蓝相液晶之中，流动液晶小分子会进行随机结晶，因此很难在 0℃ 以下进行激光发射。这让蓝相液晶激光器低温环境下的应用遭到限制。

在此背景下，研究人员发现蓝相液晶的激光温域比较窄，可能是因为可聚合组分含量较低，导致结构稳定性较差。他们提高可聚合液晶单体含量至30wt%，形成强大的聚合物支架结构，将蓝相液晶激光温域扩宽至25-230℃。

在低温下，液晶小分子的随机结晶是导致蓝相液晶难以出射激光的原因。为了扩宽低温蓝相液晶的激光温域，他们制备了一系列掺杂香豆素6染料和不同聚合度含量的蓝相液晶体系。然而，在低温下表面结霜导致激光信号采集困难，他们改进了探测装置，采用真空密闭装置进行测试。

他们发现增大聚合度并不能扩宽低温激光温域，无法解释60wt%和100wt%聚合度样品不能发射激光的原因。为了获得更宽的低温蓝相液晶激光温域，他们制备了大量蓝相液晶薄膜，进行激光温域和激光阈值的测试。

研究人员发现掺杂DCM染料样品的激光阈值总是低于掺杂C6样品，并且激光温域更宽，因此决定优选DCM染料。最终，该团队成功制备了激光温域为-180-240℃的蓝相液晶激光器，揭示了低温下蓝相液晶激光的发射行为。

图源：摄图网

技术价值观察

这一突破不仅为低温蓝相液晶激光器的发展打开了新的大门，也为新型有机光电器件的设计提供了重要的启示。新型的蓝相液晶激光器有望推动不同温度条件下的激光技术发展，包括极地、深海、航空航天等低温环境，以及沙漠、军事空间活动、冶金等高温环境。由于蓝相液晶的柔性特点，还可以将其应用于电影幕布、柔性激光显示面板、可穿戴激光显示器件等领域。此外，蓝相液晶还可以设计成激光防伪标签，实现信息的传递和交流。另外，基于蓝相液晶激光的圆偏振性发射，采取一定的光场设计方案，还有望实现裸眼3D激光显示。

该研究有望应用于产业链上游环节。光电子器件上游主要由光电子材料、光电子芯片组成;中游细分领域较为广泛，有光通信器件、通信光纤光缆、光传感器件、光照明器件、光显示器件以及光电子器件封装等;下游则是智能手机、安防、车载、照相投影、智能家居、航空航天等。

宏观市场观察

产量及规模有所突破

光电子器件行业是我国电信行业及数通行业的基础，光电子器件在光通信、光显示等应用领域需求不断扩大的刺激下，产品产量有所突破。国家统计局数据显示，2023年光电子器件产量为14380.5亿只(片、套)，同比增涨12.5%。光电子器件产量的提高，为超高清视频产业提供稳定的基础零件设备。

光电子器件行业发展持续加力

光电子器件是光电子技术的基础和核心，是电子信息产业的重要组成部分之一。从十三五规划开始，我国政府颁布一系列政策支持光电子器件产业的发展;2018年，中国电子元件行业协会发布《中国光电子器件产业技术发展路线图(2018-2022年)》有力引领了产业发展导向、促进合理布局规划，推动我国光电子产业升级发展。随后，我国政府陆续出台相关政策继续扶持光电子器件行业的发展，包括对光电子芯片共性关键技术的研发资金的支持、提高核心器件国产化率和培育具有国际竞争力大企业等，推动光电子器件行业的持续发展。

自2016年以来，国务院、工信部、科技部等多部门都陆续印发了支持、规范光电子器件行业的发展政策，内容涉及光电子器件发展技术路线、半导体与集成电路发展规划、光学薄膜领域发展建议等内容。

中国光电子器件投资额呈波动态势

根据IT桔子数据库，2021年我国光电子器件行业融资达到顶峰，发生融资事件共18起，融资金额共23.7亿元。2021年后我国光电子器件行业热度逐渐降低，融资事件数开始下降，融资金额同时下跌。2022年我国光电子器件行业发生融资事件19起;融资金额为19.0亿元，较上年下降19.82%。

中国光电子器件技术赛道热力图

根据产业热力图显示，目前光电子器件关键技术强相关的城市集群主要集中在粤港澳大湾区以及长三角地区，尤其是广东省成为重点发展区域。这些城市群已投入大量政策、资金、环境和人才资源用于光电子器件技术研发，成为潜在的光电子器件技术发展中心。根据热力图的分布，深圳市有极大的可能性成为光电子器件技术的先导区域。重点关注广东省深圳市、广州市等地的相关企业，以及这些地方对光电子器件产业发展的投资环境和潜力市场。

经济学人APP资讯组

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标签： 光电子 器件 激光 随笔