動態室溫磷光(RTP)材料由于其環境適應性和動態可調控性而在光電領域具有廣闊的應用前景。然而,傳統動態RTP材料存在固有脆性缺陷,其韌性的增強是以犧牲磷光壽命為代價的。針對這一問題,蘭州大學呂少瑜教授團隊近期提出了一種可調晶域的通用策略,實現了室溫磷光水凝膠韌性和磷光壽命的協同增強。該工作通過使用離子單體與丙烯酰胺共聚來調節晶體晶域,實現了約100倍的韌性增強和超長磷光壽命(598.79 ms)。該工作為動態RTP材料在可拉伸光電子、動態加密和試劑熱歷史監測等方面的應用提供了新思路。
2025年10月14日,相關成果近期以“Crystalline Confinement of Dynamic Room-Temperature Phosphorescent Hydrogels: A New Paradigm for Synergistic Enhancement between Lifetime and Flexibility”為題發表在Advanced Materials上。蘭州大學碩士生鄧一帆為本文的第一作者,蘭州大學呂少瑜教授為文章的通訊作者。

圖1. 動態室溫磷光水凝膠的設計
作者以丙烯酰胺(AM)和3-甲基丙烯酸磺丙酯鉀鹽(SPM)為典型單體,氯取代兩性喹啉(QCl)為發色團,結合亞穩態過飽和NaAc,制備了一系列動態PAM-PSPM-NaAc水凝膠。通過調節離子型單體SPM的含量,可以精確控制水凝膠的晶體尺寸和形態。結果顯示,與未加入離子型單體的PAM-NaAc水凝膠相比,PAM-PSPM-NaAc水凝膠具有顯著的增韌效果(增強系數為107)。此外,其磷光壽命從278.49 ms延長至598.79 ms。這一晶域調節策略可擴展到其他離子型單體體系中,均顯示出磷光壽命和韌性的協同增強。
作者對上述水凝膠進行了微觀結構表征和理論計算,探索了磷光壽命和韌性協同增強的分子機制。SPM兼具帶電基團和長烷基鏈,其離子基團憑借強大的水合能力,與NaAc競爭水分子,阻礙NaAc?3H2O晶體的形成,而柔性烷基鏈通過空間位阻效應,擾亂并破壞晶體的緊密堆積,有助于水凝膠韌性的增強。同時,離子單體為兩性發色團提供了靜電錨定位點,穩定了三重態激子,因此顯著延長了磷光壽命。

圖2. 晶域可調水凝膠的微觀結構表征和理論計算
基于水凝膠的觸碰響應特性,該室溫磷光水凝膠在圖案化顯示和動態交互繪畫方面顯示出廣闊的應用前景。利用水凝膠結晶前后的模量變化,還可以實現形狀記憶與形狀重塑。當溫度超過60 oC時,由于NaAc?3H2O晶體的熔化,水凝膠的磷光被淬滅,這一特性為記錄熱歷史提供了基礎。因此,可通過其磷光的消失,實現對試劑熱歷史的便捷、可視化監測。

圖3. 室溫磷光水凝膠在動態顯示以及試劑熱歷史監測領域的應用
該工作提出了一種構建快速響應、柔性室溫磷光水凝膠的新設計策略,有望拓展動態室溫磷光材料在柔性領域的應用。
該工作得到了國家自然科學基金、甘肅省自然科學基金和中央高校基本科研業務費的支持。
原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202514693
- 合工大胡穎團隊 AFM:植物葉片啟發的可編程形變與濕致變色軟體驅動器 2026-03-28
- 武漢大學劉興海教授團隊《Small》:仿生超韌快速響應水凝膠 2026-02-02
- 四川大學雷景新教授、江亮副研究員《Adv. Sci.》:醇溶聚氨酯構建可打印、可回收、超快速響應的電容傳感器 2024-10-19
- 華科大譚必恩教授團隊 Macromolecules:OTs基交聯劑“編織”柔性超交聯聚合物 - 壓力誘導“門控效應”助力高效甲烷存儲 2026-04-02
- 橡膠老樹發新芽 - 橡膠“3D超界面” - 華南理工大學陳玉坤等團隊 Nat. Commun. 2026-03-30
- 東南大學李全院士、陸海峰等 Adv. Mater.:液晶彈性體柔性復合材料光驅動熱機械耦合實現了高性能熱釋電能量收集 2026-03-17
- 香港中文大學(深圳)唐本忠團隊 Nat. Commun.:均聚多肽自組裝體系圓偏振室溫磷光 2026-02-24