青岛大学&浙江大学Advanced Materials：对热-力-光多重刺激响应的双寿命彩色智能发光材料

【引言】

发光材料的光学特性，包括发光颜色（波长）、寿命和激发模式，在数据通信和信息安全中起着至关重要的作用。然而，传统的发光材料通常只表现单一颜色、单一寿命和单模激发（有时双模）的发光特征，从而导致信息的读出和解码水平普遍较低。在单一材料中集成多色、多寿命和多模式发光被认为是实现多级编码加密和认证的有效方式。迄今为止，基于下转移发光、上转换发光、延迟发光三种传统发光模式的组合，科研人员已经制备出大量的双模发光材料，但三模发光材料极少被报道。近年来，应力发光材料迅速发展，该类材料在机械刺激下产生的光发射可以定量地反映材料的应力分布，在应力观测、显示显像和光学防伪等领域展现出极大的应用前景，也为多模发光的设计提供了应力发光模式的新选项。然而，由于各发光模式之间存在着复杂的依存和竞争关系，在一种材料中实现高集成度的多模发光一直是极具挑战性的工作。

 【成果简介】

近日，青岛大学张君诚教授（第一作者兼通讯作者）与浙江大学邱建荣教授（共同通讯作者）等人合作，设计并开发出一种集成彩色（红-橙-黄-绿）、双寿命（荧光/延迟发光）、四模发光（热激励发光/应力发光/上转换发光/下转移发光）于一体的智能发光材料。研究人员基于对晶体场与杂质能级之间耦合机制的清晰认识，以NaNbO₃压电基质为晶格骨架，引入Pr³⁺和Er³⁺双重发光离子，构建了受激电子跃迁的多路复用，从而实现了多重发光功能在单一材料中的高度集成。同时，研究人员将所合成的发光颗粒与TPU聚合物复合，制备了具有防水、柔韧/可穿戴、高度可拉伸功能的复合物薄膜，并借助于手机LED照射、硬笔写字、冷热交替等简单的刺激手段，展示了复合物薄膜多维度发光响应的视觉可辨识性，这在防伪、信息解码和光学展示等领域具有广泛的应用前景。该研究成果以 “Achieving Thermo-Mechano-Opto-Responsive Bitemporal Colorful Luminescence via Multiplexing of Dual Lanthanides in Piezoelectric Particles and its Multidimensional Anticounterfeiting” 为题发表在著名材料期刊Advanced Materials上，并被选为期刊内封面文章。

【图文导读】

图1. 材料设计原理示意图

a) 晶体结构图；b) 热/力激励发光原理示意图；c) 上转换发光原理示意图；d) 下转移发光原理示意图

图2. 材料形貌和结构表征

a) SEM图；b) HRTEM图；c) HAADF-STEM和STEM-EDS图；d) 晶体结构精修图

图3. 材料在热-力-光激励下的多重发光性能。

a) 余辉衰减曲线；b) 余辉激发光谱与白光LED发射光谱；c) 热释光曲线；d) 余辉照片；e) 冷热刺激下的余辉照片；f) 可再生应力发光照片；g) 压缩激励的应力发光；h) 摩擦激励的应力发光；i) 上转换发光光谱、寿命和照片；j) 下转移发光光谱和照片

图4. 复合物薄膜的柔性、可拉伸性、防水性能表征

a) 膜结构示意图；b) 平面图；c) 截面图；d) 防水性；e) 柔性；f) 可拉伸性

图5. 复合物薄膜的多维度发光响应

a) 热/力激励的红色延时发射；b) 近红外光激发的绿色荧光发射；c) 紫外光激发的双寿命彩色光发射

【小结】

作者提出了设计多色、多寿命、多模式发光材料的新策略，并在概念的验证实验中，基于NaNbO₃压电颗粒中Pr³⁺离子延时红光发射和Er³⁺离子绿色荧光发射的多路复用，开发出一种对热-力-光多重刺激响应的双寿命彩色发光材料。同时，作者成功地将所制备的发光材料颗粒与TPU聚合物复合，赋予了该智能发光材料以防水、柔韧/可穿戴、高度可拉伸的卓越性能。该工作将为新型高集成度功能发光材料的设计开发建立理论及实验基础，并有望将所开发的材料用于光学防伪和信息加密等领域。

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

青岛大学&浙江大学Advanced Materials：对热-力-光多重刺激响应的双寿命彩色智能发光材料

本文由青岛大学供稿，材料人编辑部Alisa编辑，材料牛整理。

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