青島大學&浙江大學Advanced Materials：對熱-力-光多重刺激響應的雙壽命彩色智能發光材料

【引言】

發光材料的光學特性，包括發光顏色（波長）、壽命和激發模式，在數據通信和信息安全中起著至關重要的作用。然而，傳統的發光材料通常只表現單一顏色、單一壽命和單模激發（有時雙模）的發光特征，從而導致信息的讀出和解碼水平普遍較低。在單一材料中集成多色、多壽命和多模式發光被認為是實現多級編碼加密和認證的有效方式。迄今為止，基于下轉移發光、上轉換發光、延遲發光三種傳統發光模式的組合，科研人員已經制備出大量的雙模發光材料，但三模發光材料極少被報道。近年來，應力發光材料迅速發展，該類材料在機械刺激下產生的光發射可以定量地反映材料的應力分布，在應力觀測、顯示顯像和光學防偽等領域展現出極大的應用前景，也為多模發光的設計提供了應力發光模式的新選項。然而，由于各發光模式之間存在著復雜的依存和競爭關系，在一種材料中實現高集成度的多模發光一直是極具挑戰性的工作。

?【成果簡介】

近日，青島大學張君誠教授（第一作者兼通訊作者）與浙江大學邱建榮教授（共同通訊作者）等人合作，設計并開發出一種集成彩色（紅-橙-黃-綠）、雙壽命（熒光/延遲發光）、四模發光（熱激勵發光/應力發光/上轉換發光/下轉移發光）于一體的智能發光材料。研究人員基于對晶體場與雜質能級之間耦合機制的清晰認識，以NaNbO₃壓電基質為晶格骨架，引入Pr³⁺和Er³⁺雙重發光離子，構建了受激電子躍遷的多路復用，從而實現了多重發光功能在單一材料中的高度集成。同時，研究人員將所合成的發光顆粒與TPU聚合物復合，制備了具有防水、柔韌/可穿戴、高度可拉伸功能的復合物薄膜，并借助于手機LED照射、硬筆寫字、冷熱交替等簡單的刺激手段，展示了復合物薄膜多維度發光響應的視覺可辨識性，這在防偽、信息解碼和光學展示等領域具有廣泛的應用前景。該研究成果以?“Achieving Thermo-Mechano-Opto-Responsive Bitemporal Colorful Luminescence via Multiplexing of Dual?Lanthanides in Piezoelectric Particles and its Multidimensional Anticounterfeiting”?為題發表在著名材料期刊Advanced Materials上，并被選為期刊內封面文章。

【圖文導讀】

圖1. 材料設計原理示意圖

a) 晶體結構圖；b) 熱/力激勵發光原理示意圖；c) 上轉換發光原理示意圖；d) 下轉移發光原理示意圖

圖2. 材料形貌和結構表征

a) SEM圖；b) HRTEM圖；c) HAADF-STEM和STEM-EDS圖；d) 晶體結構精修圖

圖3. 材料在熱-力-光激勵下的多重發光性能。

a) 余輝衰減曲線；b) 余輝激發光譜與白光LED發射光譜；c) 熱釋光曲線；d) 余輝照片；e) 冷熱刺激下的余輝照片；f) 可再生應力發光照片；g) 壓縮激勵的應力發光；h) 摩擦激勵的應力發光；i) 上轉換發光光譜、壽命和照片；j) 下轉移發光光譜和照片

圖4. 復合物薄膜的柔性、可拉伸性、防水性能表征

a) 膜結構示意圖；b) 平面圖；c) 截面圖；d) 防水性；e) 柔性；f) 可拉伸性

圖5. 復合物薄膜的多維度發光響應

a) 熱/力激勵的紅色延時發射；b) 近紅外光激發的綠色熒光發射；c) 紫外光激發的雙壽命彩色光發射

【小結】

作者提出了設計多色、多壽命、多模式發光材料的新策略，并在概念的驗證實驗中，基于NaNbO₃壓電顆粒中Pr³⁺離子延時紅光發射和Er³⁺離子綠色熒光發射的多路復用，開發出一種對熱-力-光多重刺激響應的雙壽命彩色發光材料。同時，作者成功地將所制備的發光材料顆粒與TPU聚合物復合，賦予了該智能發光材料以防水、柔韌/可穿戴、高度可拉伸的卓越性能。該工作將為新型高集成度功能發光材料的設計開發建立理論及實驗基礎，并有望將所開發的材料用于光學防偽和信息加密等領域。

文獻鏈接：Achieving Thermo-Mechano-Opto-Responsive Bitemporal Colorful Luminescence via Multiplexing of Dual?Lanthanides in Piezoelectric Particles and its Multidimensional Anticounterfeiting?(Adv. Mater. 2018, 201804644)

青島大學&浙江大學Advanced Materials：對熱-力-光多重刺激響應的雙壽命彩色智能發光材料

本文由青島大學供稿，材料人編輯部Alisa編輯，材料牛整理。

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