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南京郵電大學(xué)黃維院士、趙強(qiáng)教授、馬云教授《Nat. Commun.》：有機(jī)室溫磷光彈性材料

2023-08-12 來源：高分子科技

關(guān)鍵詞：離子型室溫磷光聚合物聚乙烯醇聚二甲基硅氧烷有機(jī)室溫磷光彈性材料

有機(jī)室溫磷光彈性材料在外力作用下能夠可逆彎曲、拉伸，具有優(yōu)異的光學(xué)/力學(xué)特性，在柔性電子和光子學(xué)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。目前報(bào)道的有機(jī)溫磷光彈性材料主要通過將小分子磷光晶體摻入商用聚合物基質(zhì)（如聚乙烯醇、聚丙烯酸甲酯等）的方法獲得。但是，這些晶體摻雜彈性體在外加應(yīng)力作用下容易發(fā)生晶體破碎或斷裂，導(dǎo)致磷光強(qiáng)度和發(fā)射壽命明顯降低甚至淬滅，這阻礙了其在柔性光電子領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，開發(fā)具有穩(wěn)定力學(xué)性能和光學(xué)性能的有機(jī)室溫磷光彈性材料仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。

圖1全色有機(jī)室溫磷光彈性體的制備

近日，南京郵電大學(xué)有機(jī)電子與信息顯示國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的黃維院士、趙強(qiáng)教授和馬云教授團(tuán)隊(duì)將離子型室溫磷光聚合物和聚乙烯醇摻雜到聚二甲基硅氧烷基體中的方法，成功制備了一系列從深藍(lán)色到紅色有機(jī)室溫磷光彈性材料（圖1）。這些材料在日光下具體很好的透光性，在365納米紫外光激發(fā)后可以持續(xù)發(fā)出強(qiáng)烈的室溫磷光，發(fā)光顏色覆蓋了全可見光范圍。與純聚二甲基硅氧烷薄膜相比，這些彈性材料展示出更優(yōu)異的機(jī)械性能。例如，含有發(fā)綠光聚合物的彈性材料可以拉伸到173%的原始長度，即使在大面積拉伸變形的區(qū)域，這些材料的磷光發(fā)光強(qiáng)度和時(shí)間衰減也非常輕微，僅略有下降到原始值的92%和84%，體現(xiàn)出極強(qiáng)的機(jī)械穩(wěn)定性（圖2）。即使在多達(dá)100次的拉伸循環(huán)后，其發(fā)光強(qiáng)度和時(shí)間衰減也僅略有下降。這種優(yōu)異的機(jī)械與光學(xué)穩(wěn)定性主要源自于聚合物鏈內(nèi)部長鏈結(jié)構(gòu)的支撐作用，有效抵抗了外力拉伸的影響。最后，團(tuán)隊(duì)成員研究了其在光學(xué)顯示和防偽中的應(yīng)用（圖3）。該研究成果對于發(fā)展有機(jī)室溫磷光彈性體材料具有重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)也將促進(jìn)這類材料在可穿戴光電器件、柔性顯示和先進(jìn)防偽等領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。該工作以“Full-color persistent room temperature phosphorescent elastomers with robust optical properties”為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications《自然·通訊》上。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃維院士、趙強(qiáng)教授和馬云教授為共同通訊作者，魏娟博士為論文第一作者。該工作得到國家杰出青年科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家基礎(chǔ)科學(xué)中心等項(xiàng)目資助。

圖2 有機(jī)室溫磷光彈性材料的光學(xué)/力學(xué)性能研究

這項(xiàng)工作是該團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于有機(jī)室溫磷光聚合物研究的最新成果之一。傳統(tǒng)的有機(jī)晶體室溫磷光材料存在制備困難、加工性能差等缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)極大地限制了有機(jī)室溫磷光材料的應(yīng)用。為了解決這些問題，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種利用有機(jī)膦鹽單體與丙烯酰胺/丙烯酸等單體共聚的方法，制備了一系列多色、超長壽命、高量子效率、易加工的有機(jī)室溫磷光聚合物（Advanced Photonics, 2022, 4(3), 035002.）。此外，該團(tuán)隊(duì)還提出了分子構(gòu)象的刺激響應(yīng)型有機(jī)室溫磷光聚合物新理論，并成功實(shí)現(xiàn)了對這類材料的刺激響應(yīng)行為的動態(tài)控制（Nature Communications, 2023, 14, 627.）。基于這些成果，該團(tuán)隊(duì)成功地探索了有機(jī)室溫磷光聚合物在光學(xué)信息顯示、防偽加密、X-射線成像等領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖3 有機(jī)室溫磷光彈性材料的光學(xué)應(yīng)用

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-40193-1

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（責(zé)任編輯：xu）

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