自古以來,“夜明珠”被認(rèn)為是稀世珍寶,其因含有特殊的無機(jī)礦物元素而長時(shí)間發(fā)光的長余輝現(xiàn)象,也為歷代人所熱衷。近日,有機(jī)電子與信息顯示國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地、江蘇省柔性電子重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料研究院黃維院士領(lǐng)銜的IAM團(tuán)隊(duì)在有機(jī)合成材料中成功觀察到這種長余輝現(xiàn)象,研制出純有機(jī)的“夜明珠”。相關(guān)成果在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然—材料》(Nature Materials)上發(fā)表,引起了業(yè)界廣泛關(guān)注。
“有機(jī)光電材料單線態(tài)和三線態(tài)激發(fā)態(tài),因其高度活潑,其壽命在室溫下通常分別在納秒和毫秒量級,發(fā)光時(shí)間之短只能通過精密儀器才能測出來,人眼根本無法分辨。”黃維院士介紹,“我們設(shè)計(jì)并制備了多個(gè)系列的室溫單組份有機(jī)長壽命磷光材料,其激發(fā)態(tài)壽命長達(dá)秒級,不僅如此,我們還開創(chuàng)了一種新型數(shù)據(jù)加密方法,讓其加密效果通過裸眼就能直接觀察到。”
據(jù)介紹,該團(tuán)隊(duì)對純有機(jī)材料激發(fā)態(tài)壽命的調(diào)控,無需使用任何貴金屬和其它重元素(譬如銥、鉑、氘等元素);通過對相關(guān)材料的分子設(shè)計(jì)和發(fā)光機(jī)理等研究發(fā)現(xiàn),引入特殊的分子堆積方式(H-聚集)對實(shí)現(xiàn)有機(jī)長余輝發(fā)光具有重要作用;在此基礎(chǔ)上,該團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了有機(jī)長余輝發(fā)光顏色從綠色到紅色大范圍可調(diào),并將發(fā)光持續(xù)時(shí)間延長至56秒,從而研制出世界上首例室溫有機(jī)長余輝發(fā)光材料。
“有機(jī)長壽命發(fā)光材料是一類具有獨(dú)特發(fā)光機(jī)制的新型材料,該類材料集成了有機(jī)材料的柔性與余輝材料長壽命發(fā)光等優(yōu)點(diǎn),在疾病診斷、生物細(xì)胞成像和貨幣防偽等光電子學(xué)各領(lǐng)域均具有重要意義。”團(tuán)隊(duì)成員陳潤鋒副教授說。
“該研究為有機(jī)光電功能材料的激發(fā)態(tài)調(diào)控提供了一條革命性的思路和途徑,有著廣闊的應(yīng)用前景。譬如在有機(jī)太陽能電池方面,延長激子擴(kuò)散距離,從而提高器件性能;在生物領(lǐng)域,可以有效地消除背景熒光等等;在數(shù)據(jù)加密和信息防偽領(lǐng)域,可以實(shí)現(xiàn)無需精密儀器的裸眼觀測。以人民幣防偽為例,只需將太陽光照射后的人民幣移至暗處,就可看到不同顏色和不同持續(xù)時(shí)間的長壽命發(fā)光,實(shí)現(xiàn)顏色和壽命的雙重防偽。這一原創(chuàng)性研究成果對深入了解有機(jī)光電功能材料的發(fā)光行為具有重要的科學(xué)意義,同時(shí)也拓展了有機(jī)光電功能材料在數(shù)據(jù)加密方面的新應(yīng)用,發(fā)展了信息安全領(lǐng)域的新技術(shù)。”黃維院士評價(jià)說。
據(jù)悉,此項(xiàng)創(chuàng)新性研究工作是在江蘇-新加坡有機(jī)電子與信息顯示聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室框架下,由南京工業(yè)大學(xué)、南京郵電大學(xué)和新加坡國立大學(xué)三所高校的科研人員經(jīng)過多年的努力、通力合作完成。參加項(xiàng)目研究的還有新加坡國立大學(xué)化學(xué)系劉小鋼教授、鄧人仁博士,南京工業(yè)大學(xué)的安眾福博士、史慧芳博士以及南京郵電大學(xué)的鄭超、陶冶和李歡歡等。