超長發光和超穩定聚合物基室溫磷光材料問世
中山大學化學學院副教授楊志涌課題組與中山大學材料科學與工程學院副教授黃華華課題組合作，開發出一種具有優良黏附、耐水、韌性的超長發光和超穩定聚合物基室溫磷光材料。相關成果近日發表于《科學進展》。
前期，楊志涌課題組在聚合物基有機室溫磷光材料方面開展了系列工作。最新研究中，他們通過將商業化的三亞苯衍生物（TpB和TpBe）分別物理摻雜到聚乙烯醇縮丁醛樹脂（PVB）中，獲得磷光壽命接近6s、余暉持續時間超過半分鐘的TpB@PVB和TpBe@PVB薄膜，這是目前報道聚合物基發光材料里磷光壽命最長的體系，更為重要的是，這種材料的發光極為穩定，既耐水也抗沖擊和碰撞。研究表明，這類PVB材料的磷光發射需要紫外光的激活。薄膜經紫外光持續照射40s后，可達到最強磷光性能，且這一激活過程是可逆的，這可逆特性可應用于光打印-擦除。
論文共同通訊作者楊志涌表示，通過測試單線態氧信號、對比不同含氧量氣氛中的激活過程、紅外光譜等實驗手段，研究人員證明了第一次光激活過程中體系涉及氧氣消耗和光交聯，在PVB基質中形成了更穩定的交聯網絡，另外，硼酸基團中B和O的孤對電子可以提高激子從單線態到三線態的系間竄越（ISC）速率，從而實現了三亞苯類分子更長壽命的發光。
為了闡明PVB各組分對發光的影響，研究人員以相同的方法制備了三種不同基材的薄膜，包括TpB@PVBt、TpB@PVAc和TpB@PVA。研究表明，PVB基材同時具有強氫鍵和疏水的雙重網絡結構，既能有效減少三線態激子的非輻射躍遷，也能很好地隔離空氣中水分和氧氣對三線態激子的猝滅，從而顯著地穩定和延長了三亞苯衍生物的發光。
研究人員深入挖掘了這類聚合物基超長發光材料的綜合性能和潛在應用。為了更好地模擬實際應用場所，直接采用自然水（雨水、江水、湖水、海水等）來進行耐水性實驗，他們發現：薄膜經過1個月以上的浸泡，TpB的磷光光譜沒有明顯變化，仍能發出接近半分鐘的余暉。鑒于該材料集光激活有機室溫磷光、黏附性、抗沖擊、耐水性于一體，研究人員設計了一種自帶膠水的高級防偽標簽——首例自粘帖、實時保鮮認證、可循環使用的高級標簽。
論文共同通訊作者黃華華表示，該工作提出了一種以“剛柔并濟”的氫鍵和疏水雙重網絡結構來穩定三線態激子的策略，發展了一種以PVB為基材，以三亞苯衍生物（TpB和TpBe）為發光體的磷光壽命超長的聚合物基磷光材料。而且，該材料展示了耐水性、耐沖擊性等優異的發光穩定性，加上PVB基材本身強的粘附性，且原料易得，制備簡單，所以該類聚合物基磷光材料在防偽加密和發光器件等領域具有非常高的應用價值。
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.adk3354
