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  有機(jī)室溫磷光材料因其長壽命發(fā)光和大斯托克斯位移的獨(dú)特性質(zhì)，在防偽、傳感、生物成像等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。但是由于系間竄越的自旋禁阻特性以及三重態(tài)激子易發(fā)生非輻射衰變，要實(shí)現(xiàn)高效、持久的室溫磷光并非易事。為解決這些問題，科學(xué)家們主要沿著兩條路徑探索：一是通過在分子中引入羰基、雜原子等因素，增強(qiáng)系間竄越。二是通過結(jié)晶、主客體摻雜、或?qū)⑵淝度雱傂跃酆衔锘|(zhì)等方法，構(gòu)筑剛性環(huán)境，鎖住激子，抑制非輻射衰減。然而，傳統(tǒng)方法所獲得的材料其磷光發(fā)射大多是“常亮”的，難以實(shí)現(xiàn)對外界刺激（尤其是機(jī)械力）的智能響應(yīng)。材料無法在特定時間、特定地點(diǎn)“開啟”磷光，這極大地限制了它們在實(shí)時損傷診斷、動態(tài)防偽加密等高端智能領(lǐng)域的應(yīng)用。

  近日，廣東工業(yè)大學(xué)陳樹生副教授、深圳大學(xué)熊玉副教授與香港中文大學(xué)（深圳）唐本忠院士合作，創(chuàng)新性地提出了一種微膠囊破裂觸發(fā)原位聚合新策略，成功研制出對機(jī)械損傷響應(yīng)、全色可調(diào)的超長室溫磷光材料。

  2025年11月17日，該工作已發(fā)表于國際頂級期刊Advanced Materials 上，文章題目為“Ultralong Room-Temperature Phosphorescence Achieved by Microcapsule Rupture-Triggered In-Situ Polymerization for High-Contrast Damage Visualization and Advanced Anti-counterfeiting”。 廣東工業(yè)大學(xué)陳樹生副教授為本文通訊兼第一作者，劉瑤碩士為共同第一作者，深圳大學(xué)熊玉副教授和香港中文大學(xué)（深圳）唐本忠教授為共同通訊作者。

  該工作的設(shè)計原理如圖1所示：研究人員將有機(jī)磷光分子與濕氣反應(yīng)性單體六亞甲基二異氰酸酯（HDI）共同封裝于微膠囊中，并分散于聚合物基體內(nèi)。當(dāng)材料發(fā)生機(jī)械損傷時，微膠囊破裂釋放芯材液體，該液體在環(huán)境濕氣觸發(fā)下發(fā)生原位聚合，在損傷處形成剛性聚脲網(wǎng)絡(luò)。這一剛性網(wǎng)絡(luò)能有效抑制磷光分子三線態(tài)激子的非輻射躍遷，從而特異性地、僅在損傷區(qū)域“開啟”超長室溫磷光信號。

圖1. 微膠囊破裂觸發(fā)原位聚合實(shí)現(xiàn)超長室溫磷光及應(yīng)用于損傷可視化和防偽的原理示意圖。

  為驗(yàn)證該策略的普適性，研究人員選用了四種具有不同發(fā)光顏色的有機(jī)磷光體（ICz, TPA-2Py, NA-2OMe, PY-OMe）。所獲得的磷光體摻雜聚脲材料展現(xiàn)出卓越的光物理性能：其中ICz@PU的磷光壽命超過1.5秒，TPA-2Py@PU的磷光量子產(chǎn)率高達(dá)38.1%，成功實(shí)現(xiàn)了從藍(lán)色到紅色的全彩色可調(diào)余輝發(fā)射（圖2）。

圖2. 不同磷光分子摻雜聚脲材料在日光、紫外燈下及關(guān)閉紫外燈后的發(fā)光照片、光譜及壽命表征

  更重要的是，該材料體系表現(xiàn)出優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性，即使在水、極端pH溶液、多種有機(jī)溶劑中長期浸泡或暴露于高溫環(huán)境下，其磷光性能仍能保持穩(wěn)定，為其走向?qū)嶋H應(yīng)用奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)（圖3）。

圖3. 磷光體ICz摻雜聚脲材料的防水性、極端化學(xué)環(huán)境穩(wěn)定性、有機(jī)溶劑耐受性以及耐高溫性能

  為實(shí)現(xiàn)對機(jī)械損傷的精準(zhǔn)響應(yīng)，研究團(tuán)隊(duì)成功制備了負(fù)載ICz@HDI的雙層結(jié)構(gòu)微膠囊（圖4）。在完整狀態(tài)下，微膠囊不顯示磷光；一旦因刮擦等損傷發(fā)生破裂，釋放的芯材經(jīng)原位聚合后，即可在損傷處產(chǎn)生強(qiáng)烈的“開啟”式磷光信號。通過與傳統(tǒng)負(fù)載熒光分子微膠囊（如TPE@HDI微膠囊）對比（圖5），該磷光微膠囊系統(tǒng)的獨(dú)特優(yōu)勢得以凸顯：在關(guān)閉紫外燈后，其磷光信號仍能持續(xù)發(fā)光數(shù)秒，提供了更高的信號對比度。

圖4. ICz@HDI微膠囊的制備示意圖及結(jié)構(gòu)性質(zhì)表征

圖5. TPE@HDI與ICz@HDI微膠囊在宏觀與微觀尺度下，完整與破裂狀態(tài)的發(fā)光行為對比

  將此微膠囊包埋入環(huán)氧樹脂涂層后，涂層不僅能在損傷后通過釋放的HDI實(shí)現(xiàn)自修復(fù)，更能借助持久、明亮的磷光信號，精準(zhǔn)勾勒出從宏觀劃痕到肉眼難以察覺的微觀裂紋，實(shí)現(xiàn)了損傷自警示與自修復(fù)的雙重功能（圖6）。與熒光損傷自警示體系在紫外燈關(guān)閉后信號瞬間消失相比，磷光損傷自警示體系提供了更長的觀測窗口和更高信噪比的損傷可視化效果。

圖6. 含磷光微膠囊涂層體系與含熒光微膠囊涂層體系的損傷自警示效果對比

  基于此磷光微膠囊體系的機(jī)械響應(yīng)特性，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開拓了動態(tài)多彩磷光防偽與信息加密系統(tǒng)（圖7）。通過將四種不同顏色的磷光體摻雜HDI微膠囊按預(yù)設(shè)圖案嵌入柔性基質(zhì)，初始狀態(tài)下圖案在紫外燈關(guān)閉后不發(fā)光。通過按特定順序施加機(jī)械壓力“寫入”信息，受損區(qū)域被選擇性激活，展現(xiàn)出按預(yù)設(shè)順序動態(tài)變化的多色余輝，實(shí)現(xiàn)了信息的多層級、時空可控加密與讀取，為高端防偽和信息安全領(lǐng)域提供了全新的解決方案。

圖7. 基于機(jī)械力激活的動態(tài)磷光防偽與信息加密應(yīng)用展示

  該工作首次將微膠囊技術(shù)、原位聚合與超長室溫磷光巧妙結(jié)合，為開發(fā)新一代具有機(jī)械響應(yīng)性的智能高分子材料提供了全新的設(shè)計思路和通用平臺。這項(xiàng)技術(shù)不僅在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、智能涂層等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，也極大地推動了有機(jī)室溫磷光材料在先進(jìn)防偽和信息加密等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

  原文鏈接：http://doi.org/10.1002/adma.202514584