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北理工团队在柔性磷光材料与低温发光机制领域取得进展


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牛牛金花游戏大厅贺志远教授和蔡政旭教授合作,在多功能集成分子制备柔性磷光材料及其结冰诱导发光研究中取得进展。2024年3月,相关成果以“Multi-Functional Integration of Phosphor, Initiator, and Crosslinker for the PhotoPolymerization of Flexible Phosphorescent Polymer Gels”为题在化学顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》(Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202401331,doi.org/10.1002/anie.202401331)上发表。牛牛金花游戏大厅材料学院曹炎炎博士为该论文的第一作者,牛牛金花游戏大厅材料学院贺志远教授与蔡政旭教授为论文共同通讯作者,董宇平教授对此工作做出了重要指导。

柔性有机室温磷光(RTP)材料以其独特的机械性能和强大的光学性能,在可穿戴光电器件、柔性电子器件等领域表现出较好的应用前景。但柔性聚合物在室温下链段的运动和较差的气密性,导致磷光体受氧气等环境因素的影响,易使激子以非辐射跃迁失活。尽管进行了大量的努力,但开发柔性RTP材料仍面临着巨大挑战。

为了解决这个问题,团队开发了一种多功能磷光化合物:基于苯并噻二唑的二烯烃化合物BTD-HEA。该分子具有较高的三线态激子产生能力和双烯结构,可作为引发剂和交联剂使用。在120秒内高效地引发多种丙烯酰胺/丙烯酸酯类单体的聚合反应,制备了一系列柔性RTP凝胶,包括水凝胶、有机凝胶、离子凝胶和气凝胶,均具有优异的拉伸和回弹性能。由于该凝胶独特的荧光-磷光比色特性,可原位可视化监测聚合过程。此外,水凝胶的磷光发射强度随冰的形成增加,从而为检测水凝胶冻结过程提供了一种有效的方法。该分子的光引发特性使其可通过微流控、滚涂和3D打印等技术制备出各种形状的柔性RTP材料,展示了其在生物成像、可穿戴光电子等领域的潜在应用。

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图1. 多功能磷光化合物BTD-HEA引发聚合制备柔性磷光凝胶

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图2. BTD-HEA分子原位可视化监测凝胶光聚合过程

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图3. BTD-HEA分子引发制备的多种柔性凝胶力学性能及形状展示

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图4. 柔性磷光水凝胶在水/冰刺激下的光物理性质及机制探究

该研究工作得到了国家自然科学基金、北京市科技计划项目及北京市自然科学基金资助项目的支持。

全文链接:https://doi.org/10.1002/anie.202401331


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