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  盡管RTP材料在溫度檢測領(lǐng)域的應(yīng)用取得了一定的進(jìn)展，但仍缺乏一種簡單直觀的方法來可視化檢測超低溫。重慶理工大學(xué)楊朝龍教授課題組成功制備了一種新型的柔性交聯(lián)聚合物TPTA@PU膜，該薄膜表現(xiàn)出長余輝、高磷光量子效率和出色的機(jī)械性能。重要的是，TPTA@PU膜表現(xiàn)出顯著的熱響應(yīng)行為，在80到280 K的溫度范圍內(nèi)，余輝顏色迅速從藍(lán)色變?yōu)榫G色，且余輝顏色的RGB值與溫度之間存在正線性相關(guān)性。基于這些顯著特性，該課題組利用TPTA@PU膜作為熱響應(yīng)元件，實現(xiàn)了超低溫的可視化檢測。這項工作有望為RTP材料在更前沿領(lǐng)域的應(yīng)用提供更多的靈感和可能性。

  作者篩選了系列氨基芳環(huán)分子制備了柔性交聯(lián)聚合物薄膜。在該體系中，大量的羰基和氮原子促進(jìn)了三線態(tài)激子的生成，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下磷光體的運(yùn)動被抑制，確保了三線態(tài)激子的穩(wěn)定性（圖1a）。聚合物薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的耗氧特性，在紫外激發(fā)后顯示出優(yōu)異的發(fā)光特性，包括長的磷光壽命和高的量子產(chǎn)率（圖1b,c）。在此基礎(chǔ)上，作者對薄膜的光物理性質(zhì)及其發(fā)光機(jī)制進(jìn)行了進(jìn)一步表征。薄膜表現(xiàn)出高的透明性，在紫外光輻照后，表現(xiàn)出高效的余輝發(fā)射，其壽命最長可達(dá)972.3ms，亮度最高可達(dá)1.2cdm^-2（圖2）。TPTA@PU薄膜的光譜強(qiáng)度以及壽命隨溫度的升高表現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)性，證實了該薄膜的發(fā)光源自RTP而非熱激活延遲熒光(TADF)。紫外輻照60s后，TPTA@PU薄膜的光譜和強(qiáng)度大幅度提升，這歸結(jié)于紫外輻照過程中薄膜內(nèi)氧氣的消耗所致（圖3）。 

圖1 柔性聚合物薄膜的制備示意圖

圖2 柔性RTP薄膜的光物理性質(zhì)

圖3 大氣條件下TPTA@PU薄膜的發(fā)光機(jī)制

  此外，該系列薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能，其斷裂伸長率約為120%，能夠提取2.6kg的反應(yīng)釜，最重要的是在拉伸過程中薄膜的磷光性能基本不發(fā)生改變，顯示了其在大面積顯示、柔性穿戴領(lǐng)域的潛在應(yīng)用（圖4）。

圖4 柔性RTP薄膜的機(jī)械性能

  在研究中，作者發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，其TPTA@PU薄膜的余輝顏色由藍(lán)快速變綠，在高低溫下具有不同的發(fā)射中心，顯示了其作為溫度傳感元件的潛力。如圖5e所示，在80-280 K的范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，B值下降，而R和G值增長，這與不同溫度下余輝圖像顯示的顏色趨勢一致，且G/B值與溫度變化之間存在較強(qiáng)的線性關(guān)系（R² ≥ 0.985）。因此，當(dāng)余輝顏色作為可見指標(biāo)時，RGB分析可以作為一種簡單的方法用于檢測溫度，從而實現(xiàn)基于RTP薄膜材料的超低溫可視化檢測。

圖5 TPTA@PU薄膜在超低溫環(huán)境溫度檢測中的潛在應(yīng)用

  綜上所述，本工作通過一種簡單的策略制備了柔性聚合物RTP薄膜材料，根據(jù)薄膜所表現(xiàn)出的特性，實現(xiàn)了對超低溫的可視化檢測，為RTP材料的應(yīng)用提供了更多的可能性。

  以上相關(guān)成果以題目為“Visualization Detection of Ultralow Temperature Based on Flexible Cross–linked Polymer Systems”發(fā)表在Advanced Functional Materials上（Adv. Funct. Mater. 2024, 2416465）。論文的第一作者為重慶理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生郭鳳玲，通訊作者為楊朝龍教授。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、重慶市科技局、重慶市教委等項目的大力支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202416465