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西工大黃維院士/于濤教授《Adv. Mater.》:賦予有機力致發光分子可逆光致變色特性以實現“光開關”力致發光
2023-03-17  來源:高分子科技


  有機力致發光(ML)材料作為一種智能發光材料,能夠在按壓、搖晃、拉伸、摩擦等機械刺激下發光,近年來越來越受到人們的關注。這些材料具有敏感的刺激響應發光,在清潔光源、機械應力傳感、材料損傷監測、防偽和柔性電子等領域展示出了優良的應用前景。然而,由于缺乏有效的門控力致發光材料的設計原則和理論指導,發展具有門控特性的力致發光材料仍然是一項艱巨的挑戰。


  近日,西北工業大學黃維院士于濤教授團隊通過賦予有機力致發光分子可逆光致變色特性,構建有機光開關力致發光材料(o-TPF),該材料可通過光照實現力致發光性質的“開-關”調節,為光控限域應力傳感提供了材料基礎。除此之外,還對其相關的光物理研究、單晶分析和密度泛函理論(DFT)計算進行了研究,以闡明光可切換ML的內部機制,并提出這種新型智能ML材料的設計策略。研究成果以“Realizing Photo-switchable Mechanoluminescence in Organic Crystals Based on Photochromism”為題近期發表在國際頂級期刊Advanced Materials上。西北工業大學博士后謝宗良、學生張夏宇(聯合培養)、博士生肖雨欣為本文共同第一作者,西北工業大學柔性電子研究院黃維院士于濤教授為本文的共同通訊作者。 


圖1 光開關機械發光材料。圖片來源:Adv. Mater.


  具有扭曲構象的o-TPF分子可以通過限制的分子內旋轉和π-π堆積促進固態發射。此外,氟取代吡啶基團可以增強分子間相互作用和分子偶極矩,從而促進摩擦發光。吡啶相對較低的芳香性和特殊的電子結構可以促進目標分子中的環化反應以實現光致變色。結晶態的o-TPF顯示出明亮的藍色ML(λML=453nm)以及從白色到紫紅色的循環性能較好的光致變色(圖2)。 ML 屬性可以在交替的紫外線和可見光照射下在 ON 和 OFF 狀態之間反復切換如圖3。這種光開關 ML 具有高穩定性和可重復性,在環境條件下循環交替進行紫外線和可見光照射,可以可逆地打開和關閉 ML。 


圖2 o-TPF材料光致變色性能。圖片來源:Adv. Mater. 


圖3 o-TPF材料機械發光性能. 圖片來源:Adv. Mater.


  實驗結果和理論計算表明,光開關ML的實現主要可歸因于光致變色過程中o-TPF和c1-TPF之間的偶極矩的可逆性變化,基于此,這項工作還實現了一種簡單的限定應力監測范圍的應力傳感裝置如圖4。這項工作闡述了實現有機 ML 門控的基本策略,為下一代光開關有機ML材料的設計和構建提供了新的策略,并為擴展智能發光材料的開發及其應用鋪平了道路。 


圖4. 限域應力監測范圍的應力傳感:(a)裝置示意(b)光開關摩擦發光圖片(c)圖案化光致變色效果展示。圖片來源:Adv. Mater.


  論文信息:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202212273

  Realizing Photo-switchable Mechanoluminescence in Organic Crystals Based on Photochromism

  Zongliang Xie?, Xiayu Zhang?, Yuxin Xiao?, Hailan Wang, Mingyao Shen, Simin Zhang, Haodong Sun, Rongjuan Huang, Tao Yu,* Wei Huang*


  團隊介紹:

  于濤 教授 博士生導師 西安市柔性電子工程應用中心副主任

  西北工業大學柔性電子研究院

  主要從事柔性光電傳感材料、高性能有機發光材料,光致變色智能材料,智能3D打印材料的設計及其在柔性傳感與顯示,破損監測及隱身偽裝蒙皮中的應用研究。以第一和通訊作者在Nature Communications,Research,Advanced Materials, Chemical Science,Advanced Functional Materials,Advanced Optical Materials,等刊物發表論文30余篇;申請相關發明專利30余項;先后主持國家自然科學基金面上項目、國家自然科學基金青年項目,陜西省重點研發項目、航天科學技術基金項目、航空科學學基金項目、陜西省自然科學基金項目、廣東省自然科學基金面上項目等國家級和省部級項目20余項,獲評廣東省青年創新人才項目、廣州市珠江科技新星、西北工業大學翱翔海外學者人才稱號。

  課題組經費充足,與黃維院士聯合指導具有化學、光學、材料學背景的博士后,有意申請博士后職位可聯系iamtyu@nwpu.edu.cn。

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(責任編輯:xu)
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