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西工大黄维院士/于涛教授《Adv. Mater.》:赋予有机力致发光分子可逆光致变色特性以实现“光开关”力致发光
2023-03-17  来源:高分子科技


  有机力致发光(ML)材料作为一种智能发光材料,能够在按压、摇晃、拉伸、摩擦等机械刺激下发光,近年来越来越受到人们的关注。这些材料具有敏感的刺激响应发光,在清洁光源、机械应力传感、材料损伤监测、防伪和柔性电子等领域展示出了优良的应用前景。然而,由于缺乏有效的门控力致发光材料的设计原则和理论指导,发展具有门控特性的力致发光材料仍然是一项艰巨的挑战。


  近日,西北工业大学黄维院士于涛教授团队通过赋予有机力致发光分子可逆光致变色特性,构建有机光开关力致发光材料(o-TPF),该材料可通过光照实现力致发光性质的“开-关”调节,为光控限域应力传感提供了材料基础。除此之外,还对其相关的光物理研究、单晶分析和密度泛函理论(DFT)计算进行了研究,以阐明光可切换ML的内部机制,并提出这种新型智能ML材料的设计策略。研究成果以“Realizing Photo-switchable Mechanoluminescence in Organic Crystals Based on Photochromism”为题近期发表在国际顶级期刊Advanced Materials上。西北工业大学博士后谢宗良、学生张夏宇(联合培养)、博士生肖雨欣为本文共同第一作者,西北工业大学柔性电子研究院黄维院士于涛教授为本文的共同通讯作者。 


图1 光开关机械发光材料。图片来源:Adv. Mater.


  具有扭曲构象的o-TPF分子可以通过限制的分子内旋转和π-π堆积促进固态发射。此外,氟取代吡啶基团可以增强分子间相互作用和分子偶极矩,从而促进摩擦发光。吡啶相对较低的芳香性和特殊的电子结构可以促进目标分子中的环化反应以实现光致变色。结晶态的o-TPF显示出明亮的蓝色ML(λML=453nm)以及从白色到紫红色的循环性能较好的光致变色(图2)。 ML 属性可以在交替的紫外线和可见光照射下在 ON 和 OFF 状态之间反复切换如图3。这种光开关 ML 具有高稳定性和可重复性,在环境条件下循环交替进行紫外线和可见光照射,可以可逆地打开和关闭 ML。 


图2 o-TPF材料光致变色性能。图片来源:Adv. Mater. 


图3 o-TPF材料机械发光性能. 图片来源:Adv. Mater.


  实验结果和理论计算表明,光开关ML的实现主要可归因于光致变色过程中o-TPF和c1-TPF之间的偶极矩的可逆性变化,基于此,这项工作还实现了一种简单的限定应力监测范围的应力传感装置如图4。这项工作阐述了实现有机 ML 门控的基本策略,为下一代光开关有机ML材料的设计和构建提供了新的策略,并为扩展智能发光材料的开发及其应用铺平了道路。 


图4. 限域应力监测范围的应力传感:(a)装置示意(b)光开关摩擦发光图片(c)图案化光致变色效果展示。图片来源:Adv. Mater.


  论文信息: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*


  团队介绍:

  于涛 教授 博士生导师 西安市柔性电子工程应用中心副主任

  西北工业大学柔性电子研究院

  主要从事柔性光电传感材料、高性能有机发光材料,光致变色智能材料,智能3D打印材料的设计及其在柔性传感与显示,破损监测及隐身伪装蒙皮中的应用研究。以第一和通讯作者在Nature Communications,Research,Advanced Materials, Chemical Science,Advanced Functional Materials,Advanced Optical Materials,等刊物发表论文30余篇;申请相关发明专利30余项;先后主持国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年项目,陕西省重点研发项目、航天科学技术基金项目、航空科学学基金项目、陕西省自然科学基金项目、广东省自然科学基金面上项目等国家级和省部级项目20余项,获评广东省青年创新人才项目、广州市珠江科技新星、西北工业大学翱翔海外学者人才称号。

  课题组经费充足,与黄维院士联合指导具有化学、光学、材料学背景的博士后,有意申请博士后职位可联系iamtyu@nwpu.edu.cn。

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(责任编辑:xu)
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