近日，西北工業(yè)大學(xué)柔性電子研究院（IFE）、柔性電子材料與器件工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃維院士、安眾福教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與新加坡南洋理工大學(xué)趙彥利教授合作，在有機(jī)長余輝研究領(lǐng)域再次取得重大突破性進(jìn)展。實(shí)現(xiàn)了長壽命、高效率以及顏色可調(diào)的聚合物長余輝發(fā)光，并展現(xiàn)了該類材料在多級信息防偽、加密等領(lǐng)域應(yīng)用潛力，相關(guān)成果于2月18日發(fā)表在國際頂尖學(xué)術(shù)刊物——Nature Communications（《自然·通訊》）上。
長余輝發(fā)光材料是一種在撤去激發(fā)光源后仍能持續(xù)發(fā)光的特種蓄光型材料，俗稱“夜明珠”。自1866年人類首次合成無機(jī)長余輝發(fā)光材料，該類材料在交通運(yùn)輸、國防軍事、消防安全、醫(yī)療診斷以及日常生活等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是，該類無機(jī)材料的合成條件苛刻，原料來源稀缺，且對其光電性能的調(diào)控具有局限性，嚴(yán)重制約了其在日常生活以及工業(yè)化生產(chǎn)方面的應(yīng)用。與無機(jī)長余輝材料相比，有機(jī)長余輝材料具有較好的生物相容性、導(dǎo)電性，加之成本低廉、結(jié)構(gòu)易修飾等優(yōu)點(diǎn)，近年來受到了廣泛關(guān)注。隨著柔性電子的發(fā)展，短短幾年時(shí)間，發(fā)光效率高、多色以及智能有機(jī)長余輝材料得到了飛速的發(fā)展，尤其是顏色可調(diào)的長余輝發(fā)光材料，由于材料特殊的發(fā)光特性使其在有機(jī)電子、生物電子等諸多前沿領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，目前具有顏色可調(diào)發(fā)光特性的材料大多集中于小分子晶體體系，主要通過精細(xì)的調(diào)控分子結(jié)構(gòu)以及分子在晶體中的特殊堆積等策略來實(shí)現(xiàn)余輝發(fā)光顏色可調(diào)。該策略不僅操作難度大，而且在重復(fù)性、材料柔性以及大面積制備等方面仍然存在諸多問題，將在很大程度上制約該材料的實(shí)際應(yīng)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(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。然而，如何通過簡單方法制備柔性、重復(fù)性好以及在單一材料中就能實(shí)現(xiàn)顏色可調(diào)的長余輝發(fā)光材料成為該領(lǐng)域面臨的重大研究挑戰(zhàn)之一。
針對這一科學(xué)難題，該研究通過巧妙的分子設(shè)計(jì)，在聚合物中利用共價(jià)鍵的方式引入多種發(fā)射單元，協(xié)同聚合物在微結(jié)構(gòu)下提供的剛性環(huán)境，獲得了一系列顏色可調(diào)的聚合物長余輝發(fā)光新材料。在聚合物薄膜狀態(tài)下，該類材料隨著激發(fā)光波長從254到370 nm逐漸改變，材料的長余輝發(fā)光顏色逐漸由藍(lán)色變?yōu)辄S色，呈現(xiàn)出依賴激發(fā)波長的長余輝發(fā)光性質(zhì)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示該類材料最長的余輝發(fā)光壽命為1.2秒，最大余輝發(fā)光效率為37.5%。鑒于這類新材料的柔性、水溶性、余輝顏色可調(diào)等特性，該類聚合物發(fā)光材料被制備成加密墨水，并展示了其在信息加密與防偽領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。該項(xiàng)研究不僅為設(shè)計(jì)、合成新型發(fā)光顏色可調(diào)的聚合物長余輝材料提供了新思路，而且為長余輝聚合物材料在多級信息加密、多色顯示和生物光電子等領(lǐng)域應(yīng)用提供了指導(dǎo)。
作為國際上有機(jī)長余輝發(fā)光的開拓者，黃維院士團(tuán)隊(duì)一直致力于對有機(jī)長余輝發(fā)光新材料的開發(fā)、新機(jī)理的研究以及新應(yīng)用的探索，繼在單一組分有機(jī)發(fā)光材料中實(shí)現(xiàn)長余輝發(fā)光（Nature Materials，《自然·材料》）、進(jìn)而首次實(shí)現(xiàn)單一有機(jī)小分子晶體材料的多彩長余輝發(fā)光（Nature Photonics，《自然·光子學(xué)》）以來，此項(xiàng)研究成果再次實(shí)現(xiàn)了柔性聚合物多彩長余輝發(fā)光領(lǐng)域的重大突破。相關(guān)研究工作以“Color-tunable ultralong organic room temperature phosphorescence from a multicomponent copolymer”為題于Nature Communications（《自然·通訊》）在線發(fā)表。
