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西工大黃維院士/于濤教授《Adv. Mater.》：賦予有機(jī)力致發(fā)光分子可逆光致變色特性以實(shí)現(xiàn)“光開關(guān)”力致發(fā)光
2023-03-17  來源：高分子科技


  有機(jī)力致發(fā)光（ML）材料作為一種智能發(fā)光材料，能夠在按壓、搖晃、拉伸、摩擦等機(jī)械刺激下發(fā)光，近年來越來越受到人們的關(guān)注。這些材料具有敏感的刺激響應(yīng)發(fā)光，在清潔光源、機(jī)械應(yīng)力傳感、材料損傷監(jiān)測(cè)、防偽和柔性電子等領(lǐng)域展示出了優(yōu)良的應(yīng)用前景。然而，由于缺乏有效的門控力致發(fā)光材料的設(shè)計(jì)原則和理論指導(dǎo)，發(fā)展具有門控特性的力致發(fā)光材料仍然是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。


  近日，西北工業(yè)大學(xué)的黃維院士和于濤教授團(tuán)隊(duì)通過賦予有機(jī)力致發(fā)光分子可逆光致變色特性，構(gòu)建有機(jī)光開關(guān)力致發(fā)光材料（o-TPF），該材料可通過光照實(shí)現(xiàn)力致發(fā)光性質(zhì)的“開-關(guān)”調(diào)節(jié)，為光控限域應(yīng)力傳感提供了材料基礎(chǔ)。除此之外，還對(duì)其相關(guān)的光物理研究、單晶分析和密度泛函理論（DFT）計(jì)算進(jìn)行了研究，以闡明光可切換ML的內(nèi)部機(jī)制，并提出這種新型智能ML材料的設(shè)計(jì)策略。研究成果以“Realizing Photo-switchable Mechanoluminescence in Organic Crystals Based on Photochromism”為題近期發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Advanced Materials上。西北工業(yè)大學(xué)博士后謝宗良、學(xué)生張夏宇（聯(lián)合培養(yǎng)）、博士生肖雨欣為本文共同第一作者，西北工業(yè)大學(xué)柔性電子研究院黃維院士和于濤教授為本文的共同通訊作者。 


圖1 光開關(guān)機(jī)械發(fā)光材料。圖片來源：Adv. Mater.


  具有扭曲構(gòu)象的o-TPF分子可以通過限制的分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)和π-π堆積促進(jìn)固態(tài)發(fā)射。此外，氟取代吡啶基團(tuán)可以增強(qiáng)分子間相互作用和分子偶極矩，從而促進(jìn)摩擦發(fā)光。吡啶相對(duì)較低的芳香性和特殊的電子結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)目標(biāo)分子中的環(huán)化反應(yīng)以實(shí)現(xiàn)光致變色。結(jié)晶態(tài)的o-TPF顯示出明亮的藍(lán)色ML（λML=453nm）以及從白色到紫紅色的循環(huán)性能較好的光致變色（圖2）。 ML 屬性可以在交替的紫外線和可見光照射下在 ON 和 OFF 狀態(tài)之間反復(fù)切換如圖3。這種光開關(guān) ML 具有高穩(wěn)定性和可重復(fù)性，在環(huán)境條件下循環(huán)交替進(jìn)行紫外線和可見光照射，可以可逆地打開和關(guān)閉 ML。 


圖2 o-TPF材料光致變色性能。圖片來源：Adv. Mater. 


圖3 o-TPF材料機(jī)械發(fā)光性能. 圖片來源：Adv. Mater.


  實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，光開關(guān)ML的實(shí)現(xiàn)主要可歸因于光致變色過程中o-TPF和c1-TPF之間的偶極矩的可逆性變化，基于此，這項(xiàng)工作還實(shí)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單的限定應(yīng)力監(jiān)測(cè)范圍的應(yīng)力傳感裝置如圖4。這項(xiàng)工作闡述了實(shí)現(xiàn)有機(jī) ML 門控的基本策略，為下一代光開關(guān)有機(jī)ML材料的設(shè)計(jì)和構(gòu)建提供了新的策略，并為擴(kuò)展智能發(fā)光材料的開發(fā)及其應(yīng)用鋪平了道路。 


圖4. 限域應(yīng)力監(jiān)測(cè)范圍的應(yīng)力傳感：（a)裝置示意（b)光開關(guān)摩擦發(fā)光圖片（c)圖案化光致變色效果展示。圖片來源：Adv. Mater.


  論文信息：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202212273

  Realizing Photo-switchable Mechanoluminescence in Organic Crystals Based on Photochromism

  Zongliang Xie?, Xiayu Zhang?, Yuxin Xiao?, Hailan Wang, Mingyao Shen, Simin Zhang, Haodong Sun, Rongjuan Huang, Tao Yu,* Wei Huang*


  團(tuán)隊(duì)介紹：

  于濤 教授 博士生導(dǎo)師 西安市柔性電子工程應(yīng)用中心副主任

  西北工業(yè)大學(xué)柔性電子研究院

  主要從事柔性光電傳感材料、高性能有機(jī)發(fā)光材料，光致變色智能材料，智能3D打印材料的設(shè)計(jì)及其在柔性傳感與顯示，破損監(jiān)測(cè)及隱身偽裝蒙皮中的應(yīng)用研究。以第一和通訊作者在Nature Communications，Research，Advanced Materials, Chemical Science，Advanced Functional Materials，Advanced Optical Materials，等刊物發(fā)表論文30余篇；申請(qǐng)相關(guān)發(fā)明專利30余項(xiàng)；先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目，陜西省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、航天科學(xué)技術(shù)基金項(xiàng)目、航空科學(xué)學(xué)基金項(xiàng)目、陜西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)和省部級(jí)項(xiàng)目20余項(xiàng)，獲評(píng)廣東省青年創(chuàng)新人才項(xiàng)目、廣州市珠江科技新星、西北工業(yè)大學(xué)翱翔海外學(xué)者人才稱號(hào)。

  課題組經(jīng)費(fèi)充足，與黃維院士聯(lián)合指導(dǎo)具有化學(xué)、光學(xué)、材料學(xué)背景的博士后，有意申請(qǐng)博士后職位可聯(lián)系iamtyu@nwpu.edu.cn。

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（責(zé)任編輯：xu）
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