北理工團隊在柔性磷光材料與低溫發光機制領域取得進展
發布日期：2024-03-27 供稿：材料學院 賀志遠、蔡政旭 攝影：材料學院
編輯：牟雪嬌 審核：程興旺 閱讀次數：
北京理工大學賀志遠教授和蔡政旭教授合作，在多功能集成分子制備柔性磷光材料及其結冰誘導發光研究中取得進展。2024年3月，相關成果以“Multi-Functional Integration of Phosphor, Initiator, and Crosslinker for the PhotoPolymerization of Flexible Phosphorescent Polymer Gels”為題在化學頂級期刊《Angewandte Chemie International Edition》（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202401331，doi.org/10.1002/anie.202401331）上發表。北京理工大學材料學院曹炎炎博士為該論文的第一作者，北京理工大學材料學院賀志遠教授與蔡政旭教授為論文共同通訊作者，董宇平教授對此工作做出了重要指導。
柔性有機室溫磷光(RTP)材料以其獨特的機械性能和強大的光學性能，在可穿戴光電器件、柔性電子器件等領域表現出較好的應用前景。但柔性聚合物在室溫下鏈段的運動和較差的氣密性，導致磷光體受氧氣等環境因素的影響，易使激子以非輻射躍遷失活。盡管進行了大量的努力，但開發柔性RTP材料仍面臨著巨大挑戰。
為了解決這個問題，團隊開發了一種多功能磷光化合物：基于苯并噻二唑的二烯烴化合物BTD-HEA。該分子具有較高的三線態激子產生能力和雙烯結構，可作為引發劑和交聯劑使用。在120秒內高效地引發多種丙烯酰胺/丙烯酸酯類單體的聚合反應，制備了一系列柔性RTP凝膠，包括水凝膠、有機凝膠、離子凝膠和氣凝膠，均具有優異的拉伸和回彈性能。由于該凝膠獨特的熒光-磷光比色特性，可原位可視化監測聚合過程。此外，水凝膠的磷光發射強度隨冰的形成增加，從而為檢測水凝膠凍結過程提供了一種有效的方法。該分子的光引發特性使其可通過微流控、滾涂和3D打印等技術制備出各種形狀的柔性RTP材料，展示了其在生物成像、可穿戴光電子等領域的潛在應用。
圖1. 多功能磷光化合物BTD-HEA引發聚合制備柔性磷光凝膠
圖2. BTD-HEA分子原位可視化監測凝膠光聚合過程
圖3. BTD-HEA分子引發制備的多種柔性凝膠力學性能及形狀展示
圖4. 柔性磷光水凝膠在水/冰刺激下的光物理性質及機制探究
該研究工作得到了國家自然科學基金、北京市科技計劃項目及北京市自然科學基金資助項目的支持。
全文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202401331
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