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上科大葉春洪、朱幸俊課題組《J. Mater. Chem. C》:抗水性聚合物基室溫長余輝材料
2022-11-10  來源:高分子科技

  聚合物基室溫磷光材料在光源關(guān)閉后仍可持續(xù)發(fā)光,在有機(jī)發(fā)光材料的構(gòu)建、傳感器、信息加密、防偽等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前實(shí)現(xiàn)有效室溫磷光的主要策略是通過在磷光發(fā)色團(tuán)和聚合物基質(zhì)之間引入二級(jí)相互作用(氫鍵、離子鍵等),進(jìn)而抑制非輻射躍遷,實(shí)現(xiàn)長余輝發(fā)光。但這類設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境因素(如水,高濕度等)較為敏感,導(dǎo)致氫鍵等二級(jí)作用力被破壞,影響磷光發(fā)射性能。


  針對(duì)上述問題,上海科技大學(xué)葉春洪、朱幸俊課題組合作,通過將稠環(huán)芳烴分子摻雜至聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中,實(shí)現(xiàn)室溫磷光材料的構(gòu)建,展現(xiàn)出最高可達(dá)1.27s的磷光壽命、持續(xù)12s的發(fā)光和233nm的斯托克斯位移,且在水溶液中,仍具有穩(wěn)定的磷光特性。進(jìn)一步通過光物理分析和瞬態(tài)光譜分析,證實(shí)該剛性聚合物體系中,發(fā)光材料單線態(tài)到三線態(tài)的隙間竄躍(ISC)速率可提高三個(gè)數(shù)量級(jí)。該材料優(yōu)異的磷光發(fā)射性質(zhì),可構(gòu)建大尺寸二維、三維發(fā)光材料,并展現(xiàn)出加密、磷光圖案化可多次擦寫的性能。該研究以題為Ultralong Room-Temperature Phosphorescence from Polycyclic Aromatic Hydrocarbons by Accelerating Intersystem Crossing within Rigid Polymer Network”的論文發(fā)表于《J. Mater. Chem. C》(DOI: 10.1039/D2TC02557D. 


1.稠環(huán)芳烴摻雜的PMMA磷光材料及其發(fā)光性能


  作者選擇萘、菲、芘為磷光發(fā)色團(tuán),將這些染料分子摻入MMA單體中,MMA本體聚合后得到摻雜有染料分子的聚合物材料,這種方法可以大面積制備二維膜和三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的材料。這三種發(fā)色團(tuán)分子結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定,不易在基體聚合反應(yīng)過程中產(chǎn)生不可控的化學(xué)作用,而改變能級(jí)進(jìn)而影響磷光發(fā)射,它們的三線態(tài)能級(jí)發(fā)射范圍處于可見光區(qū)域且具有較長的壽命。這三種材料通過紫外光照處理三分鐘后,顯示了較長時(shí)間的磷光壽命,其中菲在PMMA中的壽命可達(dá)1.27s,余輝可持續(xù)12s(圖1)。通過對(duì)其光物理性質(zhì)的探究,認(rèn)為PMMA的剛性結(jié)構(gòu)可以極大程度上減少磷光分子非輻射衰減,提升單線態(tài)到三線態(tài)的隙間竄躍速度。與此同時(shí),紫外光照處理可消除材料中的三線態(tài)氧,PMMA較高的隔氧性能可以一定程度上減少環(huán)境中氧氣對(duì)磷光的淬滅。 


2.該材料在圖案化長余輝大面積薄膜中的應(yīng)用


  利用室溫磷光光響應(yīng)性質(zhì),通過掩模版設(shè)計(jì)可對(duì)PMMA透明薄膜進(jìn)行圖案化書寫,圖案化的樣品即使浸泡在水中仍可呈現(xiàn)明顯的余輝。長時(shí)間放置或者通氧處理后可對(duì)圖案進(jìn)行擦除,進(jìn)而達(dá)到可反復(fù)書寫的目的(圖2)。


  上海科技大學(xué)助理研究員孟曉博士,研究生胡倩王習(xí)為本文共同第一作者,葉春洪朱幸俊研究員為本文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、上科大啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)、上科大“雙一流”材料學(xué)科建設(shè)基金、國家海外青年人才引進(jìn)項(xiàng)目、上海浦江人才計(jì)劃和上海市“揚(yáng)帆”計(jì)劃的資助。


  原文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/tc/d2tc02557d

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