电荷转移复合物(CTCs)是通过电子供体与受体之间的缔合形成的分子组装体。由于其形成过程中发生的电子跃迁,它们表现出单组分分子所不具备的独特电子和光学性质 [1], [2]。特别是,有机CTC固有的分子间相互作用使其在各种有机电子应用中得到广泛利用,包括载流子传输 [3], [4]、有机半导体 [5], [6], [7]、晶体管 [8]、铁电材料 [9], [10]、光探测器 [11]、光导体 [12] 和光伏器件 [13]。此外,基于供体-受体对形成的新电荷转移吸收带所引起的发光和颜色变化研究,因其识别简便、响应迅速、信号灵敏度高和可重复性良好等优势而受到广泛关注 [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20]。凭借这些特性,基于CTC的材料已广泛应用于OLED [21], [22], [23], [24]、激光器 [25]、光学开关 [26]、光学安全 [27] 和化学传感器 [28], [29], [30]。其中,基于颜色变化的光学响应在光学存储器、信息存储和数据安全应用开发方面尤为令人瞩目。
依靠此类光学响应进行信息记录和擦除的光学数据存储技术,已使用多种光致发光和比色材料进行了探索 [31], [32]。随着全球数据生成和存储需求的指数级增长,迫切需要发展新一代存储技术,以期在性能、能效和耐用性方面超越传统磁存储 [33], [34], [35]。因此,开发具有颜色可调特性、多级存储能力、分子可定制性以及兼容柔性、溶液可加工、低成本制造方法的材料,已成为关键的研究方向 [36], [37], [38], [39], [40], [41], [42]。迄今为止,已提出了多种形式的光学存储系统,包括可重写纸张 [43], [44]、时间-温度指示器(TTIs)[45], [46], [47], [48]、信息加密 [49], [50], [51], [52] 和防伪应用 [53], [54], [55], [56]。在实现光学响应分子层面精细控制的同时,保持与传统制造技术的兼容,将为新一代动态光学存储系统的开发铺平道路。
在此,我们报道了一种基于CTC的多功能动态光学存储系统的设计与实现。通过利用菲(Phe)和联苯(Bp)在环境条件下固有的升华行为,我们诱导了它们与7,7,8,8-四氰基对二甲苯(TCNQ)形成和解离的电荷转移复合物,伴随明显的颜色转变,适用于光学数据存储。喷墨打印技术的应用实现了电子供体和受体的精确图案化沉积,无需复杂工艺即可高效形成复合物和生成图案。基于该系统,我们成功展示了多种瞬态光学信息器件,包括可重写纸张和TTIs,以及由升华动力学和选择性络合驱动的加密技术(方案1)。