Advanced Optical Materials :3D网络聚合物增强的有机超长高效室温磷光材料

超长室温磷光(URTP)材料因其持久的磷光而在信息加密,医学成像,和光学显示器等领域具有独特的优势。纯有机URTP材料相对传统无机或有机金属磷光体具有高透明度和低成本特性,而且聚合物还具有优良的弹性、柔韧性、成膜性能等,基于聚合物的URTP材料非常适合于制造和加工形状复杂的有机磷光器件,其在有机光学显示和柔性传感等领域具有重要应用价值。目前,URTP聚合物材料的磷光寿命大都小于2 s,而且具有较长磷光寿命的URTP聚合物材料会表现出极低的磷光量子产率,这大大限制了它们的实际应用。聚合物材料的短寿命和低量子产率主要是由于三重态激子的严重非辐射衰减。因此,抑制非辐射衰减是提高磷光寿命和量子产率的关键。

针对此问题,北京科技大学材料科学与工程学院王国杰教授团队提出一种以致密3D网络有效抑制有机磷光体的非辐射衰减的方法,通过简单掺杂的途径在环氧聚合物材料中同时实现2.28 s超长磷光寿命和高达8.35%的磷光量子产率,并对其机理进行了深入讨论。

基于DFT密度泛函理论计算结果,所采用的有机磷光客体分子具有n-π共轭结构的N,N,N’,N’,-四甲基联苯胺(TMB)分子具有高的由单重态到三重态的系间窜越效率。通过优化客体分子掺杂浓度与环氧基质的固化剂浓度,环氧聚合基质刚性达到最优,充分抑制有机磷光体的分子振动和转动同时阻止外界氧气对于三重态激子的淬灭,进而充分抑制了磷光客体分子的非辐射衰减,大幅度提高了磷光寿命和量子产率。该URTP材料可被超低功率的紫外线(5 μWcm-2)或太阳光激发而显示磷光,该材料还可在高达60℃的温度下仍能发出持续3s的磷光。基于该URTP材料独特的荧光-超长磷光双重光学特性,成功开发了双重加密器件。

研究者相信,该3D聚合物增强的策略不仅为高效的有机URTP材料的设计和制备开辟了一条新途径,还为开发应用于多层信息加密,数据存储等有机光学器件的设计提供了新的思路。相关论文“Ultralong and High‐Efficiency Room Temperature Phosphorescence of Organic‐Phosphors‐Doped Polymer Films Enhanced by 3D Network”在线发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.202001192)上。