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我国科学家取得有机长余辉发光领域重大进展
2019-09-20
中国科学报

  近日,中国科学院院士、西北工业大学柔性电子研究院首席科学家黄维与南京工业大学先进材料研究院教授安众福带领团队在有机长余辉发光领域再次取得重大突破性进展,设计并开发了一系列新型聚合物长余辉材料。相关成果9月18日在线发表于《自然—通讯》,黄维、安众福为该论文的通讯作者。

  长余辉发光是指发光材料撤去激发光源后,仍能持续发光数秒至数小时的一种发光现象。长余辉发光材料俗称“夜明珠”,即使在黑暗中也能发出夺目的光芒,被古代帝王奉为稀世珍宝。

  长余辉发光材料被广泛应用于夜间应急指示、仪表显示、光电子器件以及国防军事等领域,特别是近年来凭借其长寿命、大的斯托克斯位移以及丰富的激发态性质,被用于防伪、加密以及生物成像等一些前沿科学领域。

  与无机长余辉材料相比,室温有机长余辉材料具有较好的生物相容性、导电性,以及成本低廉、结构易修饰等优点,备受人们关注。近几年,有机长余辉材料发展迅速,然而这类材料主要集中在晶体小分子和主客体掺杂体系,由于晶体小分子体系的结晶性、主客体掺杂体系相分离等问题,材料的实际应用受到限制。聚合物材料具有柔性、质轻、可旋涂、可拉伸等诸多优势,在柔性电子领域展现出巨大应用潜力。

  然而,如何实现聚合物材料的长余辉发光是该领域的挑战之一。针对这一问题,黄维、安众福带领的科技创新团队提出,通过离子键锁定发光单元,在聚合物共价键的协同作用下,实现了离子型聚合物的长余辉发光,发射寿命长达2.1 s。实验数据和理论计算表明,此类聚合物材料具有室温长余辉的原因是离子键抑制了发光单元的非辐射跃迁。该设计理念不仅适用于芳香型的聚合物材料体系,也适用于非芳香型的聚合物材料体系。

  此外,他们还首次报道了激发波长依赖的聚合物长余辉发光现象,实现余辉颜色从蓝到橙颜色可调。并且,此类材料在温度高达170摄氏度下,依然可以保持可视化长余辉发光。

  这一研究成果赋予传统聚合物材料新的性能,加之材料来源广、成本低,在柔性显示、照明、数据加密以及生物医学等领域具有很大的应用前景。

  作为国际上有机长余辉发光的开拓者,黄维团队一直致力于对有机长余辉发光新材料的开发、新机理的研究以及新应用的探索,继在单一组分有机半导体中实现长余辉发光、进而首次实现单一有机晶体材料下的多彩长余辉发光之后,此项研究成果再次实现长余辉发光领域的重大突破。

  该研究工作得到了国家重大科学研究(973)计划、国家自然科学基金委面上项目、江苏省杰出青年科学基金等项目的支持。

  相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41467-019-11749-x

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