中山大学化学学院副教授杨志涌课题组与中山大学材料科学与工程学院副教授黄华华课题组合作，开发出一种具有优良黏附、耐水、韧性的超长发光和超稳定聚合物基室温磷光材料。相关成果近日发表于《科学进展》。
前期，杨志涌课题组在聚合物基有机室温磷光材料方面开展了系列工作。最新研究中，他们通过将商业化的三亚苯衍生物（TpB和TpBe）分别物理掺杂到聚乙烯醇缩丁醛树脂（PVB）中，获得磷光寿命接近6s、余晖持续时间超过半分钟的TpB@PVB和TpBe@PVB薄膜，这是目前报道聚合物基发光材料里磷光寿命最长的体系，更为重要的是，这种材料的发光极为稳定，既耐水也抗冲击和碰撞。研究表明，这类PVB材料的磷光发射需要紫外光的激活。薄膜经紫外光持续照射40s后，可达到最强磷光性能，且这一激活过程是可逆的，这可逆特性可应用于光打印-擦除。
论文共同通讯作者杨志涌表示，通过测试单线态氧信号、对比不同含氧量气氛中的激活过程、红外光谱等实验手段，研究人员证明了第一次光激活过程中体系涉及氧气消耗和光交联，在PVB基质中形成了更稳定的交联网络，另外，硼酸基团中B和O的孤对电子可以提高激子从单线态到三线态的系间窜越（ISC）速率，从而实现了三亚苯类分子更长寿命的发光。
为了阐明PVB各组分对发光的影响，研究人员以相同的方法制备了三种不同基材的薄膜，包括TpB@PVBt、TpB@PVAc和TpB@PVA。研究表明，PVB基材同时具有强氢键和疏水的双重网络结构，既能有效减少三线态激子的非辐射跃迁，也能很好地隔离空气中水分和氧气对三线态激子的猝灭，从而显著地稳定和延长了三亚苯衍生物的发光。
研究人员深入挖掘了这类聚合物基超长发光材料的综合性能和潜在应用。为了更好地模拟实际应用场所，直接采用自然水（雨水、江水、湖水、海水等）来进行耐水性实验，他们发现：薄膜经过1个月以上的浸泡，TpB的磷光光谱没有明显变化，仍能发出接近半分钟的余晖。鉴于该材料集光激活有机室温磷光、黏附性、抗冲击、耐水性于一体，研究人员设计了一种自带胶水的高级防伪标签——首例自粘帖、实时保鲜认证、可循环使用的高级标签。
论文共同通讯作者黄华华表示，该工作提出了一种以“刚柔并济”的氢键和疏水双重网络结构来稳定三线态激子的策略，发展了一种以PVB为基材，以三亚苯衍生物（TpB和TpBe）为发光体的磷光寿命超长的聚合物基磷光材料。而且，该材料展示了耐水性、耐冲击性等优异的发光稳定性，加上PVB基材本身强的粘附性，且原料易得，制备简单，所以该类聚合物基磷光材料在防伪加密和发光器件等领域具有非常高的应用价值。
相关论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.adk3354
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