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[新华日报]南工研发分子态高效蓝色室温磷光 黑暗里,主动“显现”的“蛛丝马迹”
 添加时间:2021/09/02 发布:
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“神奇”物质洒在犯罪现场隐秘的角落,紫外线灯照射一段时间后关闭,肉眼往往不可见的指纹便会“主动浮出水面”。这种吸收光能后进入激发态,继而在黑暗中缓慢且持续发光的现象又被称为“磷光”,而所谓“在黑暗中发光”的材料通常被称为“磷光材料”。近日,南京工业大学黄维院士、安众福教授科研团队同新加坡国立大学刘小钢教授提出“发色团限域”策略,最终实现了分子态高效蓝色室温磷光。其相关成果发表在国际顶尖学术刊物Nature Materials(《自然·材料》)上。

近年来,有机室温磷光材料受到广泛关注,连续两年(2019和2020年)被中国科学院与科睿唯安联合发布的《研究前沿》评选为化学与材料科学领域Top10热点前沿。在此前的研究中,人们发现晶体工程能够利用分子间的相互作用,有效抑制三重态激子非辐射跃迁,并且因为其致密的分子堆积,可以减少氧气、水汽等对三重态激子的淬灭,是实现高效率室温磷光的有效途径。然而,在晶体聚集态下,分子间π-π堆积容易导致三重态-三重态湮灭,大量耗散三重态激子,影响磷光效率的提升;同时可能出现发光红移,难于实现蓝色磷光。而作为光的三原色之一,蓝光是固态照明和全彩显示的核心组分,同时在生物医学、光通讯等领域也展现出广阔的应用前景。因此,如何构筑长寿命、高效率的蓝色室温磷光是该领域面临的艰巨挑战之一。

“虽然晶体工程是一个非常好的设计策略,但存在自身局限性,为此我们提出‘发色团限域’策略,成功构筑了具有分子态高效室温磷光的有机离子晶体材料。”安众福告诉《科技周刊》记者,“发色团限域”,顾名思义,是将发光物质限制在一个刚性、孤立的环境中。在晶体工程中,为了避免能量消耗,发色单元紧紧“挨”在一起,但“层层堆叠”后可能会导致三重态激子的淬灭。“考虑到这一点,我们创造性地将每个发色单元彼此‘隔开’,并装在各自的‘笼子’里,从而避免因为‘碰撞’导致的能量消耗和发光红移,使其尽可能维持在我们想要的蓝光波段。”通过对照实验和普适性实验论证,团队通过调节抗衡离子和发色团单元,实现了高达96.5%的世界纪录级的蓝色室温磷光发光,且其肉眼可见发光持续时间为3-4秒。

安众福介绍,鉴于有机离子晶体的高效长余辉和水溶性特征,此项新成果具有广阔的应用前景。举例来说,在实际生活中,我们关掉手机屏幕后,屏幕会立刻黑屏不再发光。而当使用蓝色室温磷光材料时,在关掉屏幕后依旧可以实现一段时间内的持续发光。“当持续发光时间大于100毫秒时,也就是所谓的‘长余辉发光’。通过电流驱动和系统控制,我们首次实现了这种新材料在余辉显示领域的应用。”安众福表示,这种余辉显示屏可以应用于国防军工领域,如雷达扫描的示踪显示、夜行地图等。

除此之外,蓝色室温磷光材料还可以用于商品的防伪。“在日常生活中,如何分辨正品和仿品是个让人头疼的问题,但利用这种材料学领域的新科技,激发光源照射后,仿品其实可以很快‘现原形’。”安众福揭秘,由于蓝色室温磷光材料具有很好的水溶性,因此可以添加至打印机墨水中,从而变成“自带防伪”的墨水。使用这种特殊墨水打印的吊牌在日光下与普通吊牌无异,但在激发光源对其激发后,黑暗里便会显现防伪标识。

值得一提的是,团队所研发的蓝色室温磷光材料还可以很好地扣除背景荧光。实际上,生活中的很多物品在激发光源照射后都存在背景荧光,如A4纸、实验器皿等,这样会对捕捉发光信号造成干扰。“我们所研发的这种材料发光寿命长于背景荧光寿命,因此可以很好地扣除背景荧光,从而准确识别发光处。”安众福表示,由于这类离子化合物能够与指纹中的油脂等富羟基结构结合,团队成功将其应用到了指纹识别中,其识别程度极高,甚至指纹中的呼吸孔都可以成功识别。

“这种蓝色室温磷光材料制备原材料很廉价,制备工艺也非常简单,因此应用前景巨大。”安众福说,放眼国际,有机磷光材料领域近九成科研成果诞生于中国,因此在这一领域,我国科研团队重任在肩。“就我们这一研究成果而言,我们希望所研发的新材料‘既可以上得了书架,也可以上得了货架’。”安众福表示,此外,团队还希望在未来可以将其应用于生物医学等领域,并进一步探索激发光源波长范畴从紫外光向可见光等拓展。

黄维院士表示,从最简单的发光分子入手,推陈出新,精益求精,实现室温磷光的高性能化和多功能应用,这对理解有机磷光材料分子结构与磷光性能的关系具有重要意义,同时为有机室温磷光材料迈向新应用奠定了坚实的基础。

 

2021年9月1日《新华日报》第11版:

http://xh.xhby.net/pc/layout/202109/01/node_11.html#content_966212

 

 

审核:马明辉

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