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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閉后仍可持續(xù)發(fā)光，在有機發(fā)光材料的構建、傳感器、信息加密、防偽等領域具有廣泛的應用前景。目前實現有效室溫磷光的主要策略是通過在磷光發(fā)色團和聚合物基質之間引入二級相互作用（氫鍵、離子鍵等），進而抑制非輻射躍遷，實現長余輝發(fā)光。但這類設計對環(huán)境因素（如水，高濕度等）較為敏感，導致氫鍵等二級作用力被破壞，影響磷光發(fā)射性能。


  針對上述問題，上？萍即髮W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，實現室溫磷光材料的構建，展現出最高可達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。進一步通過光物理分析和瞬態(tài)光譜分析，證實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）速率可提高三個數量級。該材料優(yōu)異的磷光發(fā)射性質，可構建大尺寸二維、三維發(fā)光材料，并展現出加密、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.） 


圖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，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雜結構的材料。這三種發(fā)色團分子結構簡單穩(wěn)定，不易在基體聚合反應過程中產生不可控的化學作用，而改變能級進而影響磷光發(fā)射，它們的三線態(tài)能級發(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，顯示了較長時間的磷光壽命，其中菲在PMMA中的壽命可達1.27s，余輝可持續(xù)12s（圖1）。通過對其光物理性質的探究，認為PMMA的剛性結構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，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)境中氧氣對磷光的淬滅。 


圖2.該材料在圖案化長余輝大面積薄膜中的應用


  利用室溫磷光光響應性質，通過掩模版設計可對PMMA透明薄膜進行圖案化書寫，圖案化的樣品即使浸泡在水中仍可呈現明顯的余輝。長時間放置或者通氧處理后可對圖案進行擦除，進而達到可反復書寫的目的（圖2）。


  上？萍即髮W助理研究員孟曉博士，研究生胡倩和王習為本文共同第一作者，葉春洪和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基金、上科大啟動經費、上科大“雙一流”材料學科建設基金、國家海外青年人才引進項目、上海浦江人才計劃和上海市“揚帆”計劃的資助。


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

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（責任編輯：xu）
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