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蘭州大學唐瑜、呂少瑜 Angew VIP：強韌、長壽命室溫磷光離子凝膠

2024-11-30 來源：高分子科技

柔性室溫磷光材料在光電領域、可穿戴電子設備和柔性傳感器方面展現出廣闊的應用前景。通過在聚合物基質中引入溶劑可以賦予材料良好的拉伸性能，是提高其柔性的有效策略，然而，溶劑環境往往會加劇分子運動，使得三線態激子發生非輻射衰減進而淬滅磷光。因此，構筑強韌、可拉伸以及長壽命的柔性室溫磷光材料仍然具有挑戰性。近期，蘭州大學唐瑜、呂少瑜教授團隊通過將兩性發色團摻雜進聚丙烯酸(PAA)的離子凝膠中，實現了兼具強韌、可拉伸和長壽命的室溫磷光柔性材料的構筑。值得指出的是，該工作以動態熱機械分析(DMA)作為橋梁，建立了離子凝膠的機械性能與光物理性能的聯系，這類似于人腦接收觸覺與視覺信號進而對物體產生認知。該工作為設計開發新型柔性室溫磷光材料提供了有效途徑，為揭示其機械性能與磷光性能的關系提供了新的視角。

圖1. 通過玻璃態離子凝膠構筑強韌、可拉伸以及長壽命的柔性室溫磷光材料，并利用DMA將其機械性能與光物理性能進行關聯

作者以聚丙烯酸(PAA)為聚合物基質、氯取代兩性喹啉(QCl)為發色團、咪唑基離子液體為溶劑，合成了一系列離子凝膠，重點研究了離子液為1-乙基-3-甲基咪唑鎓對甲苯磺酰鹽(TsO)的離子凝膠(PAA-TsO)。結果顯示，PAA-TsO (125) 顯示出13.69%的量子產率、255 MPa的楊氏模量、39.6 MJ/m³的韌性。將其從應變0%拉伸至200%時，其磷光壽命僅有微小的降低(137.50 ms至125.20 ms)。

作者探索了離子凝膠的作用機制，并利用DMA研究了聚合物鏈段的運動程度，建立了離子凝膠的機械性能與磷光壽命的關系。結果顯示，在 257-297 K的溫度范圍內，聚合物鏈段處于玻璃態，離子凝膠強韌、磷光壽命>100 ms；當溫度超過297 K (鏈段開始運動的溫度)，離子凝膠可拉伸，但磷光壽命降低(~20 ms<τ<100 ms)；當溫度超過317 K (玻璃化轉變溫度)，鏈段運動加劇，離子凝膠彈性增強，磷光壽命急劇降低(<20 ms)。

圖2. 通過DMA將離子凝膠的機械性能與光物理性能進行關聯

這一關系的建立有利于離子凝膠的設計及其在高、低溫等特殊環境的應用，如降低離子液含量，提高其玻璃化轉變溫度，即可實現離子凝膠在高溫(> 347 K)下的磷光；引入柔性單體，降低其玻璃化轉變溫度，即可實現離子凝膠在低溫(< 277 K)下的磷光，且離子凝膠在高溫及低溫下均可拉伸。基于離子凝膠內的動態相互作用，離子凝膠在形狀記憶與形狀重塑方面也具有廣闊的應用前景。

圖3. 離子凝膠在信息加密、極端環境以及形狀記憶與重塑方面的應用

該工作提出了一種強韌、可拉伸和長壽命室溫磷光離子凝膠的設計策略，揭示了其機械性能與光物理性能之間的關系，有望拓展室溫磷光材料在柔性領域的應用。

相關成果近期以“Mechanics-Photophysics Correlation in Tough, Stretchable and Long-Lived Room Temperature Phosphorescence Ionogels Deciphered by Dynamic Mechanical Analysis”為題發表在Angewandte Chemie International Edition上。論文被選為VIP(Very Important Paper)。蘭州大學博士生楊熙鵬為本文的第一作者，蘭州大學呂少瑜教授和唐瑜教授為文章的共同通訊作者，該工作得到了國家自然科學基金、111引智計劃、甘肅省重點研發計劃以及中央高校基本科研業務費的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202419114

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（責任編輯：xu）

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