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唐本忠院士/李振教授/楊杰博士AFM:具有光致室溫磷光的新型吩噻嗪衍生物
文章來(lái)源：高分子科學(xué)前沿 更新時(shí)間：2021-07-13 14:32:14
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室溫磷光材料通常展現(xiàn)出較長(zhǎng)的發(fā)光壽命和較高的激子利用率，已被廣泛應(yīng)于我們的日常生活中（如應(yīng)急燈、交通標(biāo)志、撥號(hào)盤和顯示器）。目前，這些應(yīng)用大部分是基于無(wú)機(jī)材料實(shí)現(xiàn)的，因此，這類材料往往存在儲(chǔ)備不足、成本和能耗高、生物相容性差等明顯缺點(diǎn)。有機(jī)發(fā)光材料顯示出靈活、易于加工、高度可改性、生物相容性好、輕便和便宜的巨大優(yōu)勢(shì)，可以彌補(bǔ)無(wú)機(jī)材料的不足從而顯示出更廣闊的應(yīng)用前景。然而，要想實(shí)現(xiàn)高效率的有機(jī)室溫磷光（RTP）并不容易，因?yàn)榱坠庖蕾囉诹孔恿W(xué)中三重態(tài)激子的小概率躍遷，在與非輻射衰變（氧淬火或熱運(yùn)動(dòng)等）的競(jìng)爭(zhēng)中往往失敗。有兩種方法可限制非輻射躍遷：一種是晶體工程，另一種是將潛在的RTP發(fā)射體摻雜到剛性聚合物基質(zhì)中以構(gòu)建主客體摻雜系統(tǒng)。其中，后者往往能夠獲得具有高效RTP發(fā)射的透明靈活的系統(tǒng)，從而賦予它們更大的實(shí)用價(jià)值。除了高效的RTP發(fā)射外，具有感知力、熱、光或電場(chǎng)等外界刺激能力的有機(jī)RTP材料的發(fā)展也將有力地促進(jìn)相應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用，如信息存儲(chǔ)、防偽、傳感和光電設(shè)備等。其中，光致RTP由于非接觸式寫入/讀取和光作為刺激源的廣泛適用性而特別有吸引力。盡管如此，有機(jī)光致RTP材料仍然非常稀缺，而且大多效率低（<6.5%）和循環(huán)性差，導(dǎo)致光寫入信息不清晰，只能在昏暗的光線或室內(nèi)環(huán)境中讀取。因此，亟需進(jìn)一步提高RTP效率和循環(huán)性能，以滿足更多應(yīng)用場(chǎng)景的需求。
鑒于此，天津大學(xué)分子聚集態(tài)科學(xué)研究院楊杰博士、李振教授和唐本忠院士成功開發(fā)了一種以PMMA為宿主，吩噻嗪衍生物為客體的光誘導(dǎo)RTP系統(tǒng)。該系統(tǒng)是光致磷光材料領(lǐng)域的全能型玩家，同時(shí)具有高達(dá)22%RTP效率、優(yōu)異的循環(huán)性能和氧/光敏性能。該功能材料不僅在泄漏測(cè)試、微裂紋檢測(cè)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，還可在白天戶外甚至陽(yáng)光環(huán)境下用作可編程發(fā)光標(biāo)簽。這項(xiàng)研究為RTP材料更為廣泛的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
文章亮點(diǎn)：
1、基于吩噻嗪?jiǎn)卧墓庵翿TP發(fā)光體具有優(yōu)異的單分子磷光發(fā)射能力，即使在0.1%的摻雜濃度下也能達(dá)到22%以上的高效率。這些材料還表現(xiàn)出優(yōu)異的光穩(wěn)定性，在重復(fù)激活超過(guò)50次后仍能觀察到強(qiáng)烈的RTP發(fā)射。
2、由于分子氧的存在和消失會(huì)局部決定摻雜系統(tǒng)中RTP的“開啟”和“關(guān)閉”，光誘導(dǎo)RTP可用于泄漏測(cè)試。通過(guò)對(duì)光致RTP系統(tǒng)的灰度圖像進(jìn)行二值化處理，還可實(shí)現(xiàn)透明介質(zhì)內(nèi)部微裂紋的無(wú)損可視化檢測(cè)。
3、基于RTP材料的可編程發(fā)光標(biāo)簽具有高亮度，在白天戶外甚至是陽(yáng)光下也可以輕松閱讀。靈活的光學(xué)寫入能力大大擴(kuò)展了光致RTP系統(tǒng)在信息存儲(chǔ)和加密領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。
圖1吩噻嗪衍生物和PMMA基質(zhì)的結(jié)構(gòu)及復(fù)合膜在紫外光照射前后的磷光照片
圖2光誘導(dǎo)RTP效應(yīng)的內(nèi)部機(jī)制及泄漏測(cè)試
圖3 RTP材料的可編程光信息寫入/擦除和數(shù)據(jù)存儲(chǔ) |
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