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西北工业大学黄维院士、安众福教授团队:多晶型依赖的动态超长有机磷光
2020-03-19  来源:Research科学研究
关键词:多晶型 动态磷光

  近日,黄维院士、安众福教授课题组报道了一种多晶型依赖的动态超长有机磷光材料,揭示了晶体中分子堆积形态与动态超长有机磷光的内在关系,并实现了其在智能化电子领域中的应用。相关成果以“Polymorphism-Dependent Dynamic Ultralong Organic Phosphorescence”为题发表于Research上(Research, 2020, 8183450, DOI: 10.34133/2020/8183450)。

  刺激响应材料,又称智能材料,是指其物理性质随外界刺激(如光、热、力等)而变的一类材料,被广泛应用于数据加密、信息存储、生物传感等领域。最近,光活化的动态超长有机磷光材料——磷光性质随光照时间而变——逐渐进入人们视野,这为开发新型刺激响应材料开辟了新的方向。然而,这一新型材料的内在发光机理仍不明确,严重阻碍了新型智能材料的开发。

  迄今为止,仅在晶体条件下观测到有机材料的光活化动态超长磷光现象,也就是说,这一现象与晶体中的分子堆积息息相关。因此,迫切需要构建多晶型的有机材料,研究其动态超长磷光性质在不同光活化时间下的差异,揭示分子堆积与动态超长有机磷光的内在关系,指导新型动态超长有机磷光材料的开发。

  近日,西北工业大学黄维院士、安众福教授带领团队设计了一种高度扭曲的分子PyCz,通过简单的溶剂挥发法,得到了该分子的块状PyCz-B和针状PyCz-N两类晶体。紫外灯照射后,这两种晶体均具有光激活的动态磷光现象。不同的是,光照3秒后,便可明显的观测到PyCz-B的超长余辉现象,而PyCz-N却需要6分钟的光激活(图1)。

图1  PyCz的两种晶体展现出不同的光激活速度

  两种晶体的光物理性质研究表明,随光照时间增长,磷光强度逐渐增强,磷光寿命显著延长。更为重要的是,PyCz-B晶体的光激活速度和失活速度要明显快于PyCz-N(图2),这为揭示分子排布与动态超长磷光现象的内在关系提供了重要依据。

图2  PyCz两种晶体的动态光物理性质

  进一步晶体分析显示,光激活后晶体中分子排布变得更加紧密,这将大大限制分子运动,抑制非辐射跃迁过程,从而使得磷光寿命延长。此外,PyCz-N晶体中分子间的相互作用远强于PyCz-B晶体,紧密的堆积使得分子不易发生运动,从而导致其较慢的动态光活化/失活速度。理论计算表明PyCz-N激活前后的能量差更大(图3),进一步证实了上述推论。

图3  多晶型光激活动态磷光的机理研究

  最后,利用PyCz光激活动态磷光的刺激响应性质,将该材料成功应用于逻辑门以及数据存储中(图4)。

图4  光激活动态磷光材料在逻辑门和数据存储中的应用

  基于同一分子多晶型的光激活动态磷光的研究,不仅能够清晰的揭示分子排布与光激活动态磷光性能的关联机制,为具有磷光性质的有机智能材料的设计奠定理论基础,而且能够拓展该类材料的应用领域。同时,这为开发新型智能材料提供了机遇。

  论文链接:https://spj.sciencemag.org/research/2020/8183450/

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(责任编辑:xu)
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