近日,西北工業(yè)大學柔性電子研究院黃維院士、安眾福教授帶領的團隊在有機長余輝發(fā)光領域再次取得新突破,設計并開發(fā)一系列聚合物長余輝材料,該成果在線發(fā)表于國際頂級學術期刊Nature Communications(《自然.通訊》)。
長余輝發(fā)光是指發(fā)光材料撤去激發(fā)光源后,仍能持續(xù)發(fā)光數(shù)秒至數(shù)小時的一種發(fā)光現(xiàn)象。長余輝發(fā)光材料俗稱“夜明珠”,即使在黑暗中,也能發(fā)出奪目的光芒,被古代帝王奉為稀世珍寶。
長余輝發(fā)光材料被廣泛應用于夜間應急指示、儀表顯示、光電子器件以及國防軍事等領域、特別是近年來憑借其長壽命、大的斯托克斯位移以及豐富的激發(fā)態(tài)性質(zhì)被用于防偽、加密以及生物成像等一些前沿科學領域。與無機長余輝材料相比,室溫有機長余輝材料具有較好的生物相容性、導電性,加之成本低廉、結構易修飾等優(yōu)點,備受人們關注。
近幾年,有機長余輝材料得到了快速發(fā)展,然而這類材料主要集中在晶體小分子和主客體摻雜體系。由于晶體小分子體系的結晶性和主客體摻雜體系的相分離等問題,限制了材料的實際應用。聚合物材料具有柔性、質(zhì)輕、可旋涂、可拉伸等諸多優(yōu)勢,在柔性電子領域展現(xiàn)出巨大應用潛力。然而,如何實現(xiàn)聚合物材料的長余輝發(fā)光是該領域的挑戰(zhàn)之一。
針對此問題,西北工業(yè)大學柔性電子研究院黃維院士和安眾福教授領導的研究團隊提出通過離子鍵鎖定發(fā)色單元,在聚合物共價鍵的作用下,實現(xiàn)了離子型聚合物的長余輝發(fā)光,發(fā)射壽命長達2.1 s。實驗數(shù)據(jù)和理論計算表明該類聚合物材料具有室溫長余輝的原因是離子鍵抑制了發(fā)色單元的非輻射躍遷。該設計理念不僅適用于芳香型的聚合物材料體系,也是適用非芳香型的聚合物材料體系。此外,他們還首次報道了激發(fā)波長依賴的聚合物磷光發(fā)射,實現(xiàn)余輝顏色從藍到橙顏色可調(diào)。從分子設計角度來看,選擇不同共軛程度的發(fā)色單元,可實現(xiàn)聚合物材料的多彩發(fā)光。這一研究成果賦予傳統(tǒng)的聚合物材料新的性能,加之材料來源廣、成本低,具有很大的應用前景。
作為國際上有機長余輝發(fā)光的開拓者,黃維院士團隊一直致力于對有機長余輝發(fā)光材料的開發(fā)、新機理的研究以及新應用的探索,繼在單一組分有機半導體中實現(xiàn)長余輝發(fā)光、進而首次實現(xiàn)單一有機晶體材料下的多彩長余輝發(fā)光以來,此項研究成果再次實現(xiàn)了長余輝發(fā)光領域的重大突破。相關研究工作以“Enabling long-lived organic room temperature phosphorescence in polymers by subunit interlocking”為題于Nature Communications(《自然?通訊》在線發(fā)表,黃維院士、安眾福教授為該論文的通訊作者。該研究工作得到了國家重大科學研究(973)計劃、國家自然科學基金委面上項目、江蘇省杰出青年科學基金等項目的支持。
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