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南京郵電大學黃維院士、趙強教授、馬云教授《Nat. Commun.》：有機室溫磷光彈性材料

2023-08-12 來源：高分子科技

有機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/力學特性，在柔性電子和光子學領域有著巨大的應用潛力。目前報道的有機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（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力作用下容易發(fā)生晶體破碎或斷裂，導致磷光強度和發(fā)射壽命明顯降低甚至淬滅，這阻礙了其在柔性光電子領域的應用。因此，開發(fā)具有穩(wěn)定力學性能和光學性能的有機室溫磷光彈性材料仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。

圖1全色有機室溫磷光彈性體的制備

近日，南京郵電大學有機電子與信息顯示國家重點實驗室的黃維院士、趙強教授和馬云教授團隊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色到紅色有機室溫磷光彈性材料（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)光強度和時間衰減也非常輕微，僅略有下降到原始值的92%和84%，體現(xiàn)出極強的機械穩(wěn)定性（圖2）。即使在多達100次的拉伸循環(huán)后，其發(fā)光強度和時間衰減也僅略有下降。這種優(yōu)異的機械與光學穩(wěn)定性主要源自于聚合物鏈內部長鏈結構的支撐作用，有效抵抗了外力拉伸的影響。最后，團隊成員研究了其在光學顯示和防偽中的應用（圖3）。該研究成果對于發(fā)展有機室溫磷光彈性體材料具有重要的指導意義，同時也將促進這類材料在可穿戴光電器件、柔性顯示和先進防偽等領域取得突破性進展。該工作以“Full-color persistent room temperature phosphorescent elastomers with robust optical properties”為題發(fā)表在國際學術期刊Nature Communications《自然·通訊》上。重點實驗室黃維院士、趙強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基金、國家重點研發(fā)計劃、國家基礎科學中心等項目資助。

圖2 有機室溫磷光彈性材料的光學/力學性能研究

這項工作是該團隊近期關于有機室溫磷光聚合物研究的最新成果之一。傳統(tǒng)的有機晶體室溫磷光材料存在制備困難、加工性能差等缺點，這些缺點極大地限制了有機室溫磷光材料的應用。為了解決這些問題，該團隊開發(fā)了一種利用有機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、易加工的有機室溫磷光聚合物（Advanced Photonics, 2022, 4(3), 035002.）。此外，該團隊還提出了分子構象的刺激響應型有機室溫磷光聚合物新理論，并成功實現(xiàn)了對這類材料的刺激響應行為的動態(tài)控制（Nature Communications, 2023, 14, 627.）。基于這些成果，該團隊成功地探索了有機室溫磷光聚合物在光學信息顯示、防偽加密、X-射線成像等領域的應用。

圖3 有機室溫磷光彈性材料的光學應用

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

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（責任編輯：xu）

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