雙折射材料在光通信、偏振控制以及激光技術(shù)等光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域中占據(jù)著基礎(chǔ)性的關(guān)鍵地位。當(dāng)前商用的TiO?、YVO?等雙折射晶體因雙折射率低或透光范圍有限難以滿足光學(xué)器件的需求。盡管一些二維材料在可見(jiàn)-紅外波段能夠?qū)崿F(xiàn)超高雙折射，這些材料均無(wú)法覆蓋紫外波段。開(kāi)發(fā)兼具紫外寬透光范圍（波長(zhǎng)截止邊<400 nm）與超大雙折射（Δn>0.3）的材料，仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。 近日，河北大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院王穎研究員團(tuán)隊(duì)提出了一種新穎的思路，通過(guò)適當(dāng)排列的擴(kuò)展π共軛基團(tuán)平衡雙折射和紫外透過(guò)率，從而構(gòu)筑具有超高光學(xué)各項(xiàng)異性的紫外雙折射晶體，并報(bào)道了一種新型雙折射材料-Li3(C9N13)·6H2O(LCN).
圖1. (a)[LiC9N13]∞層；(b)LCN在c方向的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；(c)水分子周圍的氫鍵和(d)Li陽(yáng)離子的IGMH圖 研究團(tuán)隊(duì)首先選擇具有巨大極化率各向異性的雙折射活性基團(tuán)[C9N13]作為基本構(gòu)建基元。為了進(jìn)一步優(yōu)化材料的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，研究團(tuán)隊(duì)引入了Li原子構(gòu)建次級(jí)結(jié)構(gòu)基元來(lái)連接有機(jī)π共軛基團(tuán)，使雙折射活性基團(tuán)呈現(xiàn)完全平行排列，實(shí)現(xiàn)了最大的各向異性。通過(guò)IGMH方法分析LCN中存在的弱相互作用，有效地揭示了次級(jí)結(jié)構(gòu)基元[LiN2(H2O)2]及其相應(yīng)的氫鍵在晶體三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成中起著關(guān)鍵作用。 圖2. (a)用偏振顯微鏡測(cè)量雙折射的原理示意圖；(b)LCN晶體的偏振光現(xiàn)象；晶體的原始顏色(c)和實(shí)現(xiàn)完全消光(d)的圖片 圖3. (a)LCN的理論雙折射；(b) LCN與商業(yè)雙折射晶體的比較；(c)LCN與已知雙折射晶體的(Δn> 0.3和λcut-off edge < 400 nm)的雙折射比較 LCN的實(shí)驗(yàn)雙折射高達(dá)1.031@546 nm (cal. 0.976@546 nm)，其雙折射性能優(yōu)于所有已知的商業(yè)雙折射材料，包括TiO2(exp 0.256@546 nm)、YVO4(exp 0.204@532 nm)、α-BaB2O4(exp 0.122@532 nm)、和CaCO3(exp 0.172@532 nm)。同時(shí)，LCN遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他潛在的雙折射晶體，如(C12H8N2)SbF3(exp. 0.79@546 nm)、I+(C6H4NO2)-(cal.0.778@589.3 nm)、PZPbCl3(cal. 0.650@546.1 nm)、NH4(H2C6N7O3)·2H2O(cal.0.640@550 nm)、Rb3[C6N7(NCN)3]·3H2O (cal.0.619@546 nm)、C6N7(NH2)3·H3PO4(cal.0.609@1064 nm)、和Cs3Cl(HC3N3S3)(cal. 0.600@550 nm)。此外，LCN的帶隙為3.62 eV，表明其在紫外光譜范圍內(nèi)的適用性。這表明LCN創(chuàng)造了在紫外線區(qū)域雙折射的最高記錄。理論計(jì)算進(jìn)一步揭示了LCN超高光學(xué)各向異性源于平面π共軛[C9N13]基團(tuán)及其理想的共平面排列。 本研究展示了LCN作為一種雙折射材料在紫外區(qū)域的潛在應(yīng)用前景，并為該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供了重要的參考。 論文信息 Ultra-High Optical Anisotropy with UV Transmission Achieved by Rational Arrangement of Extended π-Conjugated Groups Danyang Dou, Chao Wei, Bingbing Zhang, Daqing Yang, Ying Wang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202504761
