首都師范大學付紅兵和徐珍珍AFM：高靈敏、易恢復型激子壓致變色熒光材料用于觸覺傳感器和防偽應用

【引言】

壓致變色熒光（PCF）材料通過響應諸如壓力、研磨或剪切等外部機械刺激而顯示出明顯的熒光變化，由于其在光電器件、變形檢測、傳感器和防偽紙等應用中極具吸引力，因此受到了廣泛的研究。雖然目前已經報道了多種基于有機分子、金屬絡合物和聚合物的新型PCF材料，但其仍然存在壓力響應閾值高、壓力誘導熒光淬滅（PIQ）和恢復性差等缺點，從而限制了PCF材料在觸覺傳感器以及高對比度光學存儲器和數據存儲中的實際應用。因此，尋求低壓刺激、高發射效率（Φs）和恢復性良好的PCF材料迫在眉睫。

【成果簡介】

近期，首都師范大學滿忠偉（第一作者）和徐珍珍副教授、付紅兵教授（共同通訊作者）等人報道了一種高靈敏低壓力刺激響應（PR）、易恢復的PCF材料，該材料可以在0.5 MPa的極低PR和120℃的加熱條件下，在綠色（G）和橙色（O）熒光之間切換。通過結合PXRD分析和理論計算的機理研究，作者發現機械壓力引起π堆積滑移角的微小變化會放大從G到O J-聚集體的激子耦合，從而導致明顯的PCF變化和高于0.5的發射效率。得益于極低的PR、高發射效率和良好的可恢復性特點，該PCF材料在觸覺傳感器和防偽應用中應用前景非常廣闊。該項研究以題為“Highly Sensitive and Easily Recoverable Excitonic Piezochromic Fluorescent Materials for Haptic Sensors and Anti-Counterfeiting Applications”發表在Adv. Funct. Mater.上。

【圖文導讀】

圖一? TCAZCN的合成路線和π堆積機理圖

(a) TCAZCN的合成路線和分子結構。

(b) 在壓力-加熱過程中，TCAZCN聚集態的分子堆積模式機理圖。

圖二? TCAZCN的壓致變色熒光性能

(a) 在365 nm的紫外光輻照下，不同壓力加熱過程中，綠色TCAZCN粉末（G型）的照片；

(b) 在不同壓力（1 atm - 0.5 MPa）和加熱過程下，G型微晶的PL光譜；

(c) 在1 atm至0.5 MPa的壓力和加熱過程下，TCAZCN微晶的線性工作曲線圖和對應的熒光照片，其中比例尺為20 μm；

(d) 在0.5 MPa的壓力和加熱過程中，TCAZCN微晶的波長和強度循環切換曲線。

圖三 ?TCAZCN的PXRD表征及分子堆積圖示

(a) 在不同壓力下微晶的PXRD圖及基于單晶數據的模擬結果；

(b) 在掃描速率為5℃/min的N₂氣氛下，G型和O型TCAZCN的DSC熱分析圖；

(c, d) G型和O型單晶的分子排列和熒光照片，其中比例尺為100 μm；

(e, h) 分子晶體結構的頂視圖；

(f-i) 八個分子的分子堆積圖示，觀察方向為大致沿π堆疊軸向下。

圖四? TCAZCN在安全標識中的應用

(a) 在浸泡過TCAZCN溶液的原型濾紙上，反復進行機械壓力-加熱-手指壓力-加熱的照片；

(b) TCAZCN和OH的分子結構；

(c) TCAZCN和OH原型濾紙作為藥瓶安全標簽的圖示；

(d) 按下（c）中安全標簽后的PL照片和安全信息；

(e) 7天中TCAZCN原型濾紙的相對PL強度；

(f) 在不同條件下，壓力加熱過程中波長的循環切換曲線。

【小結】

在本文中，作者開發了一種極低PR（0.5 MPa）和高的PL效率（> 0.50）PCF熒光材料。在低至0.5 MPa的壓力刺激下，其會發生從綠色到橙色熒光的顯著變化。經過熱處理后，TCAZCN又可以完全恢復其初始光物理性質。通過壓力-加熱循環處理，G和O形J聚集體之間會發生可逆的綠橙色轉換，并具有良好的重現性和光穩定性。TCAZCN憑借其出色的PCF性能，已經成功應用在觸覺傳感器和防偽應用中。該項研究闡述了壓力刺激響應激子耦合效應，為開發具有低壓刺激、高發射效率和良好恢復性的PCF材料的提供了新的設計指南。

原文鏈接：Highly Sensitive and Easily Recoverable Excitonic Piezochromic Fluorescent Materials for Haptic Sensors and Anti-Counterfeiting Applications (Adv. Funct. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adfm.202000105)

【團隊介紹】

光功能材料團隊依托首都師范大學化學系和光功能材料與器件北京市重點實驗室，匯集了包含國家杰出青年基金獲得者付紅兵教授、北京市百千萬入才計劃入選者廖清教授、化學系吳義室副教授和徐珍珍副教授等在內的多位優秀人才，涵蓋了物理化學、材料合成化學、光化學、無機/有機半導體材料、器件物理等多學科和專業背景，形成了專業結構互補、年齡結構合理、研究特色鮮明的實驗室團隊。圍繞著光功能材料的前沿科學問題，形成了有機微納光功能材料、納米光子學信息材料和生物光子學材料等三大優勢研究方向。實驗室研究注重從材料分子結構、不同尺度（納米、微米到宏觀）聚集態結構以及異質結構出發，發展新概念和新原理的光功能材料與器件，重點突破納米光子學和生物光子學材料與器件，為新材料行業提供研究基礎和服務。在有機磷光激光、有機/無機雜化鈣鈦礦激光、壓致變色材料等方面取得了系列突破性成果。

【相關優質文獻推薦】??

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本文由深海萬里 供稿。

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