神奇的發(fā)光材料

推薦單位：北京化學(xué)會

成果來源：北京師范大學(xué)化學(xué)院

科研代表：閆東鵬

轉(zhuǎn)化作者：石浩楠

近年來，隨著技術(shù)水平不斷提高，發(fā)光材料正在廣泛而深入地走進(jìn)我們的生活。發(fā)光材料指的是可以通過某種方式吸收能量，并且憑借自身特性，將這部分能量轉(zhuǎn)化成光輻射的物質(zhì)，它們一般可以以粉末、單晶、薄膜或非晶體形態(tài)使用，在傳感器、生物醫(yī)學(xué)、紡織領(lǐng)域，都有著廣泛的應(yīng)用。

白光發(fā)射材料廣受關(guān)注

白光在顯示、照明設(shè)備及探針領(lǐng)域，都有著十分廣泛的應(yīng)用，白光發(fā)射材料也一直是發(fā)光材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在前人的研究工作中，要發(fā)射白光，一般是通過藍(lán)光和橙黃光復(fù)合來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然，我們還可以通過光的三基色，也就是藍(lán)光、綠光和紅光這三種顏色的復(fù)合來發(fā)射白光。怎么樣能夠通過更簡便的方法實(shí)現(xiàn)白光的發(fā)射呢？這仍是我們?nèi)缃袼媾R的一個(gè)科學(xué)難題，廣大科研工作者還在努力探索著。

暖白光材料發(fā)出的光比較柔和，更符合人眼的視覺習(xí)慣。像我們平常使用的日光燈，其實(shí)就是由藍(lán)光的芯片來驅(qū)動復(fù)合黃色的熒光粉來發(fā)白光，這個(gè)材料的特點(diǎn)就是可以直接自發(fā)地發(fā)出白光。相對于無機(jī)發(fā)光材料，這種純有機(jī)白光發(fā)射材料調(diào)節(jié)性好、分子設(shè)計(jì)多樣化、成本更少、毒性更低等，因而它備受產(chǎn)品研發(fā)者的青睞。

室溫磷光材料回到研究視野

磷光是一種緩慢發(fā)光的光致發(fā)光現(xiàn)象，當(dāng)激發(fā)光停止后，發(fā)光現(xiàn)象能持續(xù)存在。常規(guī)的有機(jī)分子不容易有這種延遲發(fā)光，我們稱這種發(fā)光現(xiàn)象為室溫磷光。為什么有機(jī)分子不容易觀察到延遲發(fā)光呢？這是因?yàn)橛袡C(jī)分子在溫度比較高的情況下，通常由于分子的振動抑制了三線態(tài)激子的穩(wěn)定，容易導(dǎo)致三線態(tài)失活，因此不太容易產(chǎn)生長壽命的發(fā)光。

其實(shí)早在20世紀(jì)30年代，就有科學(xué)家相繼報(bào)道了有機(jī)室溫磷光的一些現(xiàn)象。但由于當(dāng)時(shí)的研究手段和研究條件十分有限，因此就逐漸被淡化忘卻了。大多數(shù)室溫磷光材料含有貴金屬，不僅成本高，還潛在毒性。目前對其發(fā)光機(jī)理了解還不夠深入，對這類分子的設(shè)計(jì)缺乏合理的理論指導(dǎo)，因此有關(guān)純有機(jī)室溫磷光分子的相關(guān)報(bào)道還很少。隨著激發(fā)態(tài)理論的不斷成熟，在人們對光學(xué)顯示和傳感應(yīng)用方面的巨大需求下，室溫磷光材料又回到了我們的視野。

材料的磷光性能可調(diào)控嗎

室溫磷光材料可以應(yīng)用于光電、信息處理和生物成像等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的含貴金屬元素的無機(jī)化合物，或者金屬有機(jī)配合物的磷光材料相比，純有機(jī)磷光材料具有毒性低、易于合成和修飾的優(yōu)點(diǎn)。近年來，有研究證明一些純有機(jī)化合物表現(xiàn)出高效的固態(tài)室溫磷光，其發(fā)光效率和壽命不可兼得?；蚴切矢邏勖蹋蚴切实蛪勖L，綜觀目前的純有機(jī)室溫磷光材料，很少有能夠達(dá)到效率與壽命兼顧的情況。

為解決這一難題，我國的許多科研工作者，如黃維院士、唐本忠院士、田禾院士等，在提高純有機(jī)室溫磷光材料發(fā)光效率和壽命方面，進(jìn)行了有許多探索，并提出一些解決方法：如引入重原子，強(qiáng)化純有機(jī)室溫磷光材料的自旋軌道耦合，從而提升它的三線態(tài)穩(wěn)定性;再比如引入剛性機(jī)制，通過分子雜化材料，利用金屬離子的固定化的效應(yīng)來增強(qiáng)分子結(jié)構(gòu)的剛性，從而延長它的發(fā)光壽命。目前，有機(jī)室溫磷光材料的發(fā)光效率和壽命已經(jīng)實(shí)現(xiàn)很大的突破，但跟無機(jī)的體系相比，仍然還有很長遠(yuǎn)的路要走。

長余輝發(fā)光材料應(yīng)用范圍廣

長余輝有機(jī)室溫?zé)晒獠牧显谏锍上瘛?shù)字加密和光電器件等方面具有許多應(yīng)用潛能。在生物成像領(lǐng)域，因?yàn)樯w具有生色團(tuán)，在外界光照的情況下會產(chǎn)生自發(fā)的熒光現(xiàn)象。如果生命體自身發(fā)光就會干擾醫(yī)生的判斷，長余輝發(fā)光材料由于自身發(fā)光，就會避免生物體本身的信號干擾。例如，我們找一些納米粒子，進(jìn)入到病灶部位，可以引導(dǎo)醫(yī)生更清晰地去識別是正常細(xì)胞還是惡性細(xì)胞。

在數(shù)字加密方面，比如防偽領(lǐng)域，我們在證件上或貨幣上常見的熒光防偽，光照一下有一個(gè)發(fā)光的標(biāo)簽。如果能夠把磷光材料用上，拿掉光源以后，顏色有可能還會發(fā)生變化，或者還會持續(xù)一段時(shí)間的亮度，這樣的話就可以起到多極防偽的作用。在醫(yī)療領(lǐng)域，科研工作者利用長壽命發(fā)光的三線態(tài)激子，跟空氣中的氧作用，產(chǎn)生比較高能的單線態(tài)氧，這樣的單線態(tài)氧在光動力治療，光照過程中通過一個(gè)光敏劑，讓它產(chǎn)生單線態(tài)氧，從而抑制腫瘤的病灶部位。這在未來，將會是一個(gè)非常有前景的抗癌治療方法。

目前發(fā)光材料領(lǐng)域受到的關(guān)注很高，而且有越來越多的科研工作者，加入到發(fā)光材料的研究工作中。未來若想在這個(gè)領(lǐng)域有更長遠(yuǎn)的發(fā)展，一方面我們要在理論層面不斷突破和創(chuàng)新，以此不斷加強(qiáng)對發(fā)光材料本質(zhì)的理解;另一方面我們要瞄準(zhǔn)應(yīng)用，如生物成像領(lǐng)域，通過應(yīng)用的不斷深入，尋求一些新的突破點(diǎn)，在具體的實(shí)踐中對發(fā)光材料有更進(jìn)一步的理解。相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)光材料在我們生活中將會有更大的舞臺！