兰州大学唐瑜、吕少瑜 Angew VIP：强韧、长寿命室温磷光离子凝胶

2024-11-30 来源：高分子科技

柔性室温磷光材料在光电领域、可穿戴电子设备和柔性传感器方面展现出广阔的应用前景。通过在聚合物基质中引入溶剂可以赋予材料良好的拉伸性能，是提高其柔性的有效策略，然而，溶剂环境往往会加剧分子运动，使得三线态激子发生非辐射衰减进而淬灭磷光。因此，构筑强韧、可拉伸以及长寿命的柔性室温磷光材料仍然具有挑战性。近期，兰州大学唐瑜、吕少瑜教授团队通过将两性发色团掺杂进聚丙烯酸(PAA)的离子凝胶中，实现了兼具强韧、可拉伸和长寿命的室温磷光柔性材料的构筑。值得指出的是，该工作以动态热机械分析(DMA)作为桥梁，建立了离子凝胶的机械性能与光物理性能的联系，这类似于人脑接收触觉与视觉信号进而对物体产生认知。该工作为设计开发新型柔性室温磷光材料提供了有效途径，为揭示其机械性能与磷光性能的关系提供了新的视角。

图1. 通过玻璃态离子凝胶构筑强韧、可拉伸以及长寿命的柔性室温磷光材料，并利用DMA将其机械性能与光物理性能进行关联

作者以聚丙烯酸(PAA)为聚合物基质、氯取代两性喹啉(QCl)为发色团、咪唑基离子液体为溶剂，合成了一系列离子凝胶，重点研究了离子液为1-乙基-3-甲基咪唑鎓对甲苯磺酰盐(TsO)的离子凝胶(PAA-TsO)。结果显示，PAA-TsO (125) 显示出13.69%的量子产率、255 MPa的杨氏模量、39.6 MJ/m³的韧性。将其从应变0%拉伸至200%时，其磷光寿命仅有微小的降低(137.50 ms至125.20 ms)。

作者探索了离子凝胶的作用机制，并利用DMA研究了聚合物链段的运动程度，建立了离子凝胶的机械性能与磷光寿命的关系。结果显示，在 257-297 K的温度范围内，聚合物链段处于玻璃态，离子凝胶强韧、磷光寿命>100 ms；当温度超过297 K (链段开始运动的温度)，离子凝胶可拉伸，但磷光寿命降低(~20 ms<τ<100 ms)；当温度超过317 K (玻璃化转变温度)，链段运动加剧，离子凝胶弹性增强，磷光寿命急剧降低(<20 ms)。

图2. 通过DMA将离子凝胶的机械性能与光物理性能进行关联

这一关系的建立有利于离子凝胶的设计及其在高、低温等特殊环境的应用，如降低离子液含量，提高其玻璃化转变温度，即可实现离子凝胶在高温(> 347 K)下的磷光；引入柔性单体，降低其玻璃化转变温度，即可实现离子凝胶在低温(< 277 K)下的磷光，且离子凝胶在高温及低温下均可拉伸。基于离子凝胶内的动态相互作用，离子凝胶在形状记忆与形状重塑方面也具有广阔的应用前景。

图3. 离子凝胶在信息加密、极端环境以及形状记忆与重塑方面的应用

该工作提出了一种强韧、可拉伸和长寿命室温磷光离子凝胶的设计策略，揭示了其机械性能与光物理性能之间的关系，有望拓展室温磷光材料在柔性领域的应用。

相关成果近期以“Mechanics-Photophysics Correlation in Tough, Stretchable and Long-Lived Room Temperature Phosphorescence Ionogels Deciphered by Dynamic Mechanical Analysis”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。论文被选为VIP(Very Important Paper)。兰州大学博士生杨熙鹏为本文的第一作者，兰州大学吕少瑜教授和唐瑜教授为文章的共同通讯作者，该工作得到了国家自然科学基金、111引智计划、甘肃省重点研发计划以及中央高校基本科研业务费的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202419114

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（责任编辑：xu）

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