发光不对称因子（g_lum）是评价圆偏振发光（CPL）材料性能的关键参数，但传统CPL材料通常g_lum值较低，难以满足应用需求。相较之下，胆甾相液晶（CLC）体系通过自组装可形成高度有序的螺旋超结构，展现出接近理论极限的高g_lum值。然而，液晶本身的软物质特性导致其机械与热稳定性不足，难以直接应用于实际。将液晶组装体通过原位聚合固化为聚合物网络是提升稳定性的有效途径，但聚合过程中产生的内应力往往会破坏精细的手性结构，从而陷入“稳定性-性能”悖论。因此，如何在保持高g_lum值的同时实现固态稳定化，是该领域的核心挑战。

图1. 胆甾相液晶聚合物网络结构示意图

  近期，南京邮电大学赵强/马云/张雨霞研究团队通过分子工程与网络设计的协同策略，直面流体组装体固态化过程中手性结构难以保持的挑战。设计了一系列芴基液晶单体，系统研究了核心平面性与连接链柔性的影响（图1）。结果发现，FC6单体的微妙协同作用是形成近乎理想的预聚合螺旋超结构的关键，其流体态g_lum值高达0.60。更重要的是，采用低扰动双官能交联剂GDMD成功保留了这一优异性能，最终获得g_lum = 0.54的稳健聚合物网络，为理想流体系统与实际固态手性光学材料之间架起了清晰的设计桥梁。

  2026年5月16日，该工作以“Achieving robust cholesteric liquid crystal polymer networks with high luminescence dissymmetry factor”为题发表在《Nature Communications》上。文章第一作者是南京邮电大学吴小妹博士和张雨霞副教授。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

  首先，团队探究了三种液晶单体在联萘手性诱导剂（R/S-M）作用下的手性光学性能，重点考察了热退火处理对螺旋超结构稳定性的影响。CPL光谱结果表明：(S-M)_0.1-(FC1)_0.9体系在退火前呈现中等强度的响应（g_lum = 0.07），但经热退火后信号完全消失，表明其螺旋结构热稳定性差，易发生解离（图2a，2b）。相反，含有柔性己基链的共组装体(S-M)_0.01-(FC6)_0.99在退火前即表现出极高的CPL信号（g_lum = 0.71），且退火后信号进一步增强至0.73，说明FC6能够形成高度有序、热力学稳定的胆甾相螺旋超结构（图2c，2d）。而基于芘的(S-M)_0.1-(PC6)_0.9体系信号显著减弱（g_lum = 0.03），退火后同样完全丧失手性光学活性（图2e，2f）。因此，FC6凭借其分子平面性与柔性己基链的协同作用，能够构建近乎理想且热稳定的螺旋组装体，这成为获得该体系超高g???值的结构基础与关键所在。

图2. 三种手性共组装体退火前后的CPL光谱

  在此基础上，团队采用双官能线性交联剂GDMD制备了聚合物网络(S-M)_0.01-(FC6)_0.98-(GDMD)_0.01，并对其手性光学性能与材料稳定性进行了表征（图3）。图3a和3b展示了不同紫外光交联时间下体系的CPL光谱及g_lum值变化。随着交联时间从0秒增加至60秒，g_lum值从初始的0.60略微下降至0.54，表明拓扑匹配的GDMD交联剂能够温和的固化网络，成功保留了约90%的原始手性光学性能。并且聚合物网络薄膜经氯仿冲洗前后的UV光谱几乎完全重合，证明所有单体均已通过共价键固定于网络中，表现出优异的耐溶剂性（图3c）。在交联后的DSC曲线未观察到任何液晶相变信号，表明聚合后形成了稳定的无定形聚合物网络，进一步证实了材料的形态稳定性（图3d）。因此，基于GDMD的交联策略在实现高效手性光学性能的同时，赋予了材料优异的溶剂稳定性和热稳定性，有效解决了流体组装体稳定性不足的关键问题。

图3. (S-M)_0.01-(FC6)_0.98-(GDMD)_0.01的CPL性能、耐溶剂性及热稳定性表征

  进一步地，团队通过偏光显微镜（POM）和扫描电子显微镜（SEM）直观展示了不同体系在热退火及交联前后的形貌变化，揭示了分子结构与交联剂拓扑学对手性螺旋有序度的影响（图4）。POM图像显示：基于FC6的共组装体(S-M)_0.01-(FC6)_0.99在热退火后形成了清晰、均匀的胆甾相指纹织构（图4b），其螺旋轴平行于基底，表明FC6能够自组织成高度有序的低缺陷螺旋超结构（图4a-4f）。引入双官能线性交联剂GDMD后，交联前后的POM图像显示指纹织构得以完整保留，说明GDMD以低扰动方式固化网络，未破坏原有胆甾相有序性（图4c，4d）。相比之下，采用四官能星形交联剂PETMP的体系在交联后指纹织构完全消失，呈现无特征形貌（图4e，4f），证明高密度交联引发的内应力导致螺旋结构崩塌。SEM图像（图4g-4l）进一步在微米尺度验证了上述结论：FC6组装体热退火后呈现有序规整形貌（图4h）；GDMD交联后依然保留该有序结构（图4j）；而PETMP交联后有序结构塌陷、形貌杂乱（图4l）。综上，FC6的分子设计是实现高质量胆甾相组装的关键，而拓扑匹配的线性交联剂GDMD能够温和地固化该有序结构，是保持CPL性能的核心因素。

图4. 不同共组装体在热退火及交联前后的POM与SEM形貌图

  最后，通过分子动力学（MD）模拟对比了双官能线性交联剂GDMD与四官能交联剂PETMP所形成的聚合物网络在微观结构及内应力特性上的差异。如图5a所示，GDMD交联网络具有更大的体积和更低的密度，而PETMP网络则更为致密。自由体积分数（FFV）进一步表明，PETMP网络的自由体积更小，交联密度更高，链段堆积更紧密（图5b）。孔径分布（PSD）分析揭示，PETMP网络在约3 ?处呈现尖锐单峰，孔径分布高度集中；而GDMD网络在2-4 ?范围内呈现宽而重叠的多峰分布，有利于多尺度微孔共存，从而在聚合过程中弛豫内应力（图5c）。图5d的取向序参数显示，GDMD网络具有更高的有序度，保持了更规整的长程形貌。图5e的蠕变模拟表明，GDMD网络在相同拉伸载荷下表现出更显著的应变响应和更高的变形能力，有利于应力吸收与释放；而PETMP网络应变小，易积累内应力。Virial应力分布图进一步证实，GDMD网络应力分布更均匀，局部应力集中程度低；PETMP网络则存在明显的应力不均匀分布（图5f，5g）。综上所述，GDMD因其拓扑兼容性、较低的交联密度及更均匀的孔径与应力分布，能够有效缓冲聚合诱导的内应力，从而保留胆甾相液晶的螺旋有序结构；而PETMP因高交联密度和应力集中，导致手性结构破坏。

图5. 含有GDMD和PETMP交联网络的MD模拟

  综上，该工作建立了一套清晰的分子设计原则，用于制备兼具强CPL与固态稳定性的材料。研究表明，从流体组装体向交联聚合物网络转变过程中高g???值的保持并非偶然，而是合理的分子与拓扑协同设计的直接结果。FC6凭借其本征分子平面性与柔性连接链的协同作用，能够形成近乎完美、热力学稳定的胆甾相螺旋超结构，作为高g_lum值模板。交联剂的选择同样至关重要：与液晶模板拓扑兼容的柔性线性交联剂可温和固化网络，保留90%初始手性有序结构最终获得了g???高达0.54的稳定液晶聚合物网络。基于这一协同策略，解决了稳定性-性能之间的长期悖论。该工作为下一代CPL活性材料的合理设计提供了有效策略，并深化了我们对如何在功能聚合物体系中控制并永久捕获超分子手性的基本理解，为先进光子学应用奠定了基础。

  原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-73301-y