华中科技大学舒学文教授课题组《Adv. Funct. Mater.》：微腔中高效的TTA上转换发光

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华中科技大学舒学文教授课题组《Adv. Funct. Mater.》：微腔中高效的TTA上转换发光
2021-09-24 来源:中国聚合物网点击次
关键词：微腔

三重态-三重态湮灭（Triplet-Triplet-Annihilation，TTA）上转换在光能利用、生物成像中有重要应用。过去多年，人们不断发展新的光敏剂和湮灭剂，用于提高TTA上转换效率。近期，《Advanced Functional Materials》上发表了题为《Highly efficient triplet-triplet-annihilation upconversion sensitized by a thermally activated delayed fluorescence molecule in optical microcavities》的论文，华中科技大学舒学文教授和朱泽策博士（现工作单位为武汉纺织大学）为共同通讯作者，华中科技大学博士后韩孟孟和广东工业大学刘源副教授为第一作者。

与单纯发展新材料不同，本文提出了利用光学微腔来增强上转换效率。其原理是将激发光限定在光学回音壁谐振腔中传输，通过增强传输光程来增强腔内物质对光的吸收；因而在同等激发光密度下，光学微腔可以产生更多激发态，进而具有更高的上转换效率和更低的激发阈值。该论文中的微腔由填充甲苯溶液的石英毛细管构成，由于绿光在甲苯中折率（1.49）略高于石英（1.46），所以激发光切向入射甲苯溶液中，可以以回音壁模式（whispering gallery mode，WGM）在毛细管内壁传输（图1）。

图1、微腔中的上转换过程该工作中所研究的微腔体积小，目前没有专门的仪器可以测量其上转换发光效率。

为解决该问题，朱泽策等人自主搭建了显微测试装置，实现了微腔中上转换发光效率的相对法测量。该论文研究了刘源课题组合成的延迟荧光型光敏剂的上转换性能，在石英管微腔中绿光到蓝光的上转换效率最高达24.6%，是目前为止延迟荧光分子敏化TTA上转换的最高效率。然而，光学微腔不能无限制地提升上转换效率，材料的内在性质仍然是限定上转换性能提升的重要因素。该研究中采用的延迟荧光光敏剂对绿光的吸收弱，使得激发阈值较高。不过，该工作提示了光学微腔是上转换材料应用的较好形式，可望用于发展高效、低阈值上转换光子器件。