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      深圳大學屈軍樂教授、嚴偉副教授課題組在鹵素摻雜碳點-動態室溫磷光的灰度顯示應用方面取得新進展

      來源: 發布時間:2022-06-09 09:02 點擊數: Views

      磷光現象是指材料受光子激發后經系間竄越(ISC)形成三重激發態、再緩慢地經過自旋禁阻的躍遷返回基態發光的過程。由于ISC在重原子環境下較為明顯,加之三重激發態容易因為氧氣、分子熱運動等因素淬滅,長壽命的室溫磷光現象以往多在致密、剛性的無機材料中觀察到,而在有機材料中相對罕見。隨著材料科學的發展,越來越多有機室溫磷光材料也見于報道,它們既有磷光材料的較長發光壽命(ms~s),又具備有機材料易于加工、柔性、透明的優勢,在成像、顯示、照明等領域都顯示出良好的應用前景。近來,在有機室溫磷光材料發展前沿中,一類獨特的動態磷光材料受到了特別關注。不同于傳統磷光材料的固有發光特征,動態磷光材料可以被反復激活和擦除,表現出可編輯的特性?;谄淞坠獾拈_關狀態,動態磷光材料可以用于呈現任意二元圖像,在包括動態光學防偽、智能物流信息標記在內的多個方面均有良好的應用效果。盡管如此,已報道的動態磷光材料未能實現灰度圖形的可靠顯示,這限制了其在編碼復雜信息時的潛力。

      針對上述問題,深圳大學物理與光電工程學院生物醫學光子學研究中心屈軍樂教授、嚴偉副教授課題組從鹵素摻雜碳點出發,設計了一款動態室溫磷光柔性薄膜,成功實現了灰度磷光圖形的光控編輯和顯示,并在此基礎上探索了該材料在時間分辨信息加密方面的應用。相關成果以“Halogen-doped phosphorescent carbon dots for grayscale patterning”為題,于2022年5月30日在線發表在光學類國際著名期刊《Light: Science & Applications》(影響因子17.78,中科院JCR一區,TOP期刊)上。博士后劉彥峰為該論文的第一作者,屈軍樂教授和嚴偉副教授為該論文的通訊作者,深圳大學為第一和通訊作者單位。

      在典型的動態磷光材料中,磷光體通過光動力過程消耗其所在環境中的氧氣,并在氧氣濃度較低時顯現逐漸激活的室溫磷光。對于純有機磷光體,由于ISC效應較弱,其動態磷光的激活曲線前部表現出較高的光照劑量閾值。為解決這一問題,本工作采用了鹵素摻雜的納米碳點材料作為磷光體,提高引入鹵素重原子效應增強材料的ISC效應。結果顯示,碳點產生三重激發態的效率隨鹵素摻雜量增加而顯著提升、隨之引起磷光效率的增長和激活閾值的降低。通過將碳點與聚乙烯基吡咯烷酮高分子材料(PVP)復合,課題組進一步制備了柔性、透明的低激活閾值動態磷光薄膜,并通過掩模加工得到了磷光強度和壽命連續變化的一系列灰階動態磷光圖案。在此基礎上,通過結合磷光壽命成像(PLIM)和相圖分析(Phasor plot)完成了對動態磷光薄膜所記錄多級灰階圖形信息的快速分離解密,還基于材料的動態發光特性,實現了高度私密的閱后即焚功能。

      上述工作為實現動態磷光材料的灰度顯示功能提供了一套簡單易行的解決方案,并為基于毫秒級室溫磷光設計光學圖案防偽和信息加密應用提供了新思路。

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

      上述研究得到了國家科技部重點研發計劃、國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、及深圳市基礎研究項目的支持。

      論文原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41377-022-00856-y

      (物理與光電工程學院 供稿)


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