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澳门威利斯人网址屈军乐教授、严伟副教授课题组在卤素掺杂碳点-动态室温磷光的灰度显示应用方面取得新进展

来源: 发布时间:2022-06-09 09:02 点击数: Views

磷光现象是指材料受光子激发后经系间窜越(ISC)形成三重激发态、再缓慢地经过自旋禁阻的跃迁返回基态发光的过程。由于ISC在重原子环境下较为明显,加之三重激发态容易因为氧气、分子热运动等因素淬灭,长寿命的室温磷光现象以往多在致密、刚性的无机材料中观察到,而在有机材料中相对罕见。随着材料科学的发展,越来越多有机室温磷光材料也见于报道,它们既有磷光材料的较长发光寿命(ms~s),又具备有机材料易于加工、柔性、透明的优势,在成像、显示、照明等领域都显示出良好的应用前景。近来,在有机室温磷光材料发展前沿中,一类独特的动态磷光材料受到了特别关注。不同于传统磷光材料的固有发光特征,动态磷光材料可以被反复激活和擦除,表现出可编辑的特性。基于其磷光的开关状态,动态磷光材料可以用于呈现任意二元图像,在包括动态光学防伪、智能物流信息标记在内的多个方面均有良好的应用效果。尽管如此,已报道的动态磷光材料未能实现灰度图形的可靠显示,这限制了其在编码复杂信息时的潜力。

针对上述问题,澳门威利斯人网址物理与光电工程学院生物医学光子学研究中心屈军乐教授、严伟副教授课题组从卤素掺杂碳点出发,设计了一款动态室温磷光柔性薄膜,成功实现了灰度磷光图形的光控编辑和显示,并在此基础上探索了该材料在时间分辨信息加密方面的应用。相关成果以“Halogen-doped phosphorescent carbon dots for grayscale patterning”为题,于2022年5月30日在线发表在光学类国际著名期刊《Light: Science & Applications》(影响因子17.78,中科院JCR一区,TOP期刊)上。博士后刘彦峰为该论文的第一作者,屈军乐教授和严伟副教授为该论文的通讯作者,澳门威利斯人网址为第一和通讯作者单位。

在典型的动态磷光材料中,磷光体通过光动力过程消耗其所在环境中的氧气,并在氧气浓度较低时显现逐渐激活的室温磷光。对于纯有机磷光体,由于ISC效应较弱,其动态磷光的激活曲线前部表现出较高的光照剂量阈值。为解决这一问题,本工作采用了卤素掺杂的纳米碳点材料作为磷光体,提高引入卤素重原子效应增强材料的ISC效应。结果显示,碳点产生三重激发态的效率随卤素掺杂量增加而显著提升、随之引起磷光效率的增长和激活阈值的降低。通过将碳点与聚乙烯基吡咯烷酮高分子材料(PVP)复合,课题组进一步制备了柔性、透明的低激活阈值动态磷光薄膜,并通过掩模加工得到了磷光强度和寿命连续变化的一系列灰阶动态磷光图案。在此基础上,通过结合磷光寿命成像(PLIM)和相图分析(Phasor plot)完成了对动态磷光薄膜所记录多级灰阶图形信息的快速分离解密,还基于材料的动态发光特性,实现了高度私密的阅后即焚功能。

上述工作为实现动态磷光材料的灰度显示功能提供了一套简单易行的解决方案,并为基于毫秒级室温磷光设计光学图案防伪和信息加密应用提供了新思路。

Figure|Highly confidential optical encryption by grayscale dynamic phosphorescence with halogen-doped carbon dots.

上述研究得到了国家科技部重点研发计划、国家澳门威尼斯人线上网站基金、广东省澳门威尼斯人线上网站基金、及深圳市基础研究项目的支持。

论文原文链接:https://www.nature.com/articles/s41377-022-00856-y

(物理与光电工程学院 供稿)