把发光分子关进“笼子” 让“有机夜明珠”光芒更甚

  在鼠标、手机、玻璃杯、陶瓷杯、插销、档案袋等介质的表面,都能显示出不同清晰度的指纹,甚至指纹中的呼吸孔均能成功识别。值得一提的是,基于该类材料,研究团队还设计并制备了余辉显示屏。通过电流驱动和系统控制,首次实现了材料在余辉显示领域的应用。

  早在炎帝时期,人类就发现了长寿命发光的余辉现象,也就是人们常说的“夜明珠”,经过千百年的发展,余辉发光现象依旧常见于无机发光材料,即能发出磷光的高标准天然无机材料。近年来,科学家们一直希望设计出高效的能长时间保持余辉的有机室温磷光材料。

  这种执着,让科研工作者们距离梦想更进一步。近日,中国科学院院士黄维、南京工业大学教授安众福联合新加坡国立大学刘小钢教授,提出“发色团限域”策略,最终实现了分子态高效蓝色室温磷光,成果发表于国际顶尖学术刊物《自然·材料》。

  研究团队还“一光多用”,开发出具有多重应用价值的磷光材料器件,并尝试将其应用到指纹识别中。值得一提的是,该材料黏附指纹的能力较强,在鼠标、手机、水杯、档案袋、金属等日常生活中常见物体上,均能很好地显示出来指纹。虽然目前这些应用还处于实验室阶段,但对科研人员来说,这些探索对理解有机磷光材料分子结构、堆积方式与发光性能的关联机制具有重要意义,同时为纯有机室温磷光材料迈向新应用奠定了基础。

  妙手偶得,推开有机室温磷光世界一扇窗

  于茫茫黑夜中熠熠闪光的夜明珠,被视为人间宝物。传统的夜明珠,是一种在撤去激发光源后,仍能持续发光的特种蓄光型材料,也被称为磷光材料或长余辉材料。

  有机超长磷光材料,被业界誉为“有机夜明珠”,近年来备受关注。继2019年“有机超长磷光材料”首次入选中国科学院与科睿唯安联合发布的《研究前沿》化学与材料科学领域的Top10热点前沿后,2020年该研究方向——有机室温磷光材料再次入选。

  目前,中国、新加坡、美国、英国、日本等国科研人员在有机室温磷光材料领域做了很多重要工作,通过引入溴/碘等重原子、引入芳香碳基、形成晶体等具体方法,合成了多种有机室温磷光材料。

  “以往,室温磷光材料通常是含贵金属的无机物或金属有机化合物,这些金属在地表的丰度很低、存量有限,而且价格昂贵,例如铱、铂。所以越来越多的研究,开始集中于不含金属的纯有机磷光材料上。纯有机化合物的磷光材料,多由碳、氢、氮等元素构成,他们在地表含量高,合成相对简单,但它们要被限制在77K,即零下196摄氏度的环境中才能长时间发光。”论文的通讯作者之一安众福说,2010年他还在读博士时,开始研究能够超长时间发光的有机磷光材料,自此打开了磷光世界一扇窗。

  2010年的一个傍晚,安众福像往常一样,将有机磷光材料样品附着到硅胶板上,在关掉紫外灯的瞬间,眼前突然闪过一道亮光。

  “我不敢相信自己的眼睛,一般情况下,材料只在紫外灯照射下才会发光,关掉灯亮光也会随即消失。”安众福不甘心,又试了一遍,一闪而过的光依旧存在。他当即换了短波长的紫外灯去照硅胶板上的样品,这时,不但出现了一道余辉,还持续了10秒左右。

  安众福既惊喜又惊诧,有机材料通常很难观测到室温磷光,一般在低温下比较容易实现。而且,在有机材料科学实验中,撤去激发光源后还能发光数十微秒即为“长时间”发光,而他们观测到的磷光却可发光约10秒。他们把这种材料定义为“有机超长余辉材料”。

  在导师、中国科学院院士黄维等人的指导下,2015年,安众福所在的科研团队,在世界上首次设计并制备了多个系列的室温单组份有机长寿命磷光材料。

  受“冷冻”启发,独特结构提高发光效率

  6年前让安众福在有机室温磷光材料领域“初啼新声”的那项研究,核心在于首次提出的“H—聚集结构稳定三重态激子”的设计思想。这种结构设计的研究思路,让研究团队获得一系列新型的小分子和聚合物纯有机超长磷光材料。此次发表的成果,亦能寻得其中痕迹。

  “促进单重态和三重态之间的系间窜越,抑制三重态激子的非辐射跃迁是实现纯有机室温磷光的关键。”安众福指出,由于三重态激子的耗散途径很多,如延迟荧光、三重态—三重态湮灭等,这严重影响纯有机室温磷光性能的提升。

  “我们阅读大量文献并做了很多尝试后发现,在77K的低温环境中,被冻住的蓝磷光材料更容易高效发光。这启发我们,在室温下限制磷光材料中分子运动,是不是也可以实现蓝色磷光材料的高效发光?”安众福说,在此次研究中,团队基于强作用力的离子键,创造性地提出“发色团限域”策略,他们以均苯四甲酸(PMA)这一多羧酸化合物为研究模型,通过结构设计,合成了均苯四甲酸四钠盐(TSP)的高效蓝色室温磷光离子晶体材料。

  “这相当于把磷光材料的分子包裹在一个由离子键搭建的笼子里,离子键包围在分子周围,周围的抗衡离子将发光的分子,也就是发色团,限定在一个刚性、孤立的笼子里。各个方向的抗衡离子和发色团相互牵制,形成稳定的结构。同时,羧酸基团不仅可以形成离子键,而且还有利于促进激子的系间窜越。”安众福介绍,光激发后,有机离子晶体TSP呈现明亮的蓝色长余辉现象,其寿命可达168.39毫秒。

  “研究发现稳态光致发光光谱和磷光光谱几乎完全重叠,仅在325纳米处出现一个极小的荧光峰。较大的磷光峰占比从侧面说明了其高效的磷光效率,磷光效率高达66.9%。”安众福兴奋地说。

  一光多用,在多个领域展现应用前景

  最简单的分子却能实现最优异的磷光性能,为了进一步验证“发色团限域”策略实现分子态高效室温磷光的普适性,该团队调整抗衡离子和发色团单元,设计合成了5个蓝色磷光材料、2个绿色磷光材料和5个黄色磷光材料,均实现了长寿命、高效室温磷光。其中,蓝色室温磷光发光效率高达96.5%。

  有机离子晶体的高效长余辉和水溶性特征,也让团队看到理想照入现实的希望。他们基于离子晶体TSP制备了加密墨水,通过喷墨打印技术,将有机室温磷光材料TSP打印到需要显示的位置,实现了材料在数据安全方面的应用。

  记者看到,在一张纸上,写有“My hometown Nanjing is a charming, bustling, metropolitan city with a long history”。在普通日光下,打印出的纸张看上去平淡无奇。但关掉光源后,“Materials”的蓝色加密信息显示出来,这些蓝色字母的颜料便来自有机室温磷光材料TSP。

  基于该材料的喷墨打印加工性能,团队还打印了高精度的世界地图,进一步展示了该类材料在加密墨水方面的应用潜力。

  不仅于此,这类离子化合物还能与指纹中的油脂等富羟基结构结合,用于指纹识别。

  记者看到,在鼠标、手机、玻璃杯、陶瓷杯、插销、档案袋等介质的表面,都能显示出不同清晰度的指纹,甚至指纹中的呼吸孔均能成功识别。

  “我们将TSP材料研磨成粉末,洒在鼠标、手机等介质的表面,TSP可以与指纹中的油脂发生作用,就会显示出指纹的轮廓。”安众福解释。

  值得一提的是,基于该类材料,研究团队还设计并制备了余辉显示屏。通过电流驱动和系统控制,首次实现了材料在余辉显示领域的应用。

  “雷达探测时,会在屏幕上显示位点信息,将TSP植入雷达显示材料中,在电流驱动下,不仅实现了0—9数字的余辉显示,而且因为余辉停留的时间长,可以显示出目标移动的距离和方向轨迹,有利于雷达扫描的示踪显示。”安众福展望,这种显示效果还可以用于医学影响成像,将磷光材料注入生命组织中,在光激发后,可以清楚看到组织中的成像轮廓,但这还需要大量的实验测试。

  不过,目前的加密、指纹识别、雷达示踪等尝试都还只是在实验室阶段,要进入产业化还需要长时间的积累和验证。“科研人员的使命是应社会发展需要,不断革新,推动社会变革。”安众福说。

  来源:科技日报

人与人都是不同的。这个世界远比小说中的精彩而复杂
或许,我们会在一段时间迷失自我,但是只要朝着自己梦想的样子去努力,即使前路漫漫,终能获得回馈,虽然,我们经历的事情不同,虽然我们都无法做到真正的感同身受,但是,生活总会以各种各样的方式教我们成长,总会让我们长大。
可相同的是我们都在为自己的生活而努力着,不管以怎样的姿态去面对,终究不能忘记开始的梦,所有的我们看得到的成功,都是他们不断努力,日积月累,厚积薄发的成果,不必羡慕,只要想就能做得到的。[干杯]

时隔多年重聚的球员!有些人联手缔造了王朝,创造了历史

球迷们认为,我们刚刚见证了史上最有趣、最激动人心的夏季转会窗口之一。在同一个夏天,我们看到梅西和克里斯蒂亚诺·罗纳尔多换东家的几率有多大?但他们两人都这么做了,其他几位知名球员也这么离开了他们的俱乐部。

由于在夏天发生的所有转会,我们有了一些梦想球员的联动。例如,在今年夏天之前,梅西和拉莫斯在同一支球队几乎是不可能的。这两名球员在为劲敌皇家马德里和巴塞罗那效力的这些年里一直在互相竞争。
很高兴看到两名球员都穿着同样颜色的球衣,沉浸在同一只球队的情谊中。也有一些球员与前队友汇合,他们又是谁呢?
让我们来看看今年夏天五名重聚的球员。
5、格里兹曼和科克(马德里竞技)

为格里兹曼挑选一个球员确实有点不公平,他在巴萨待了两个赛季后才回到老东家。对于签下格里兹曼是否对巴萨有利,现在还没有定论,但这已经不重要了。
2014年至2019年,格里兹曼在马德里竞技效力的五年时间里成为了一名全球巨星。在法国人在俱乐部的那段时间里,科克和他一起在球场上踢过球,两人还一起赢得过几次奖杯。

他们赢得了欧联杯、欧联超级杯和西班牙超级杯,还在2015-16赛季打进了欧冠决赛。格里兹曼将很高兴再次与熟悉的面孔在一起,这是一次重聚,我们热切地观察其演变过程。
2、卢卡库和阿兹皮利奎塔(切尔西)

2011年至2014年,卢卡库在切尔西度过了第一次被遗忘的时光,而阿兹皮利奎塔在2012年刚刚加入切尔西,但卢卡库在2012-13赛季和2013-14赛季分别被租借到西布朗维奇和埃弗顿。
事实上,在2013年卢卡库被租借到埃弗顿之前,他们曾在欧洲超级杯对阵拜仁慕尼黑的比赛中一起坐在替补席上,他们俩多年来一直保持着联系。阿兹皮利奎塔对他回归的队友说:
“卢卡库现在是一个完全不同的球员,这些年来,他从糟糕的经历中吸取了教训,变得成熟了。当他第一次来到切尔西的时候,你必须考虑到这是一个非常强大的团队,他非常年轻,所以这对他来说并不容易。”

“但从一开始我们的关系就很好,尽管他多年前就离开了切尔西,但我们一直保持着联系,当他在埃弗顿时,当他在曼联时和在意大利时都是如此。”
“为了证明自己的价值,他不得不租借给其他球队,在英超联赛中转会,然后转会到意大利。”
卢卡库回到了斯坦福桥,他在俱乐部的第二次工作有了一个良好的开端。到目前为止,他已经在英超和欧洲冠军联赛的四场比赛中打进了四球。阿兹皮利奎塔是切尔西后防线的固定位置,切尔西是全欧洲最强的后防线之一。
3、哈基米和拉莫斯(巴黎圣日耳曼)

巴黎圣日耳曼今年夏天有不少高调的自由转会,拉莫斯从皇家马德里转会而来是其中最引人注目的。巴黎人在夏季转会窗口时,加强右后卫是他们的首要任务之一。
他们以6000万欧元的价格从国际米兰签下了哈基米,这位摩洛哥国脚在2017年加盟皇家马德里,在被租借到多特蒙德之前,他为卡瓦哈尔做了一个赛季的替补。哈基米在多特蒙德租借了两个赛季后,于2020年正式加盟国际米兰,他在蓝黑军团2020-21赛季的意甲联赛中有很多令人印象深刻的表现。

哈基米在皇马的2017-18赛季并没有表现突出,但他仍然赢得了欧冠、欧洲超级杯、世俱杯和西甲超级杯,他现在已经和他的前队长拉莫斯在巴黎圣日耳曼重聚。
2、C罗和瓦拉内(皇马)

克里斯蒂亚诺·罗纳尔多和瓦拉内一起赢得了四次欧冠冠军,但他们的重逢是这个夏天最偶然的一次,为了加强后防线,曼联签下了瓦拉内。
直到转会窗口的最后两周,人们才知道C罗的下一站在哪,曼联迅速采取行动帮助这位俱乐部传奇人物回归。所以他们最终得到了两个前皇马人,他们对彼此只有尊重和钦佩。

2018年罗纳尔多离开皇家马德里加盟尤文图斯时,瓦拉内留在了伯纳乌。现在,经过三个赛季的休息,他们再次一起比赛。这对组合共赢得了两次西甲联赛冠军,四次欧洲冠军联赛冠军,一次国王杯冠军,两次西班牙超级杯冠军,四次世界杯俱乐部冠军和三次欧洲超级杯冠军。
1、梅西和内马尔(巴黎圣日耳曼)

梅西、内马尔和苏亚雷斯三人曾在巴塞罗那一起踢球,他们的球技让世界为之着迷。他们被称为MSN,可以说是现代足球中最具统治力的进攻三叉戟。
在足球场上,梅西和内马尔有着心灵感应,当两个世界级的球员分享这种感觉时,往往会带来奇迹。这是他们共同创造的,直到2017年内马尔离开球队加入巴黎圣日耳曼。

但是,无论何时,当两人有可能重聚的消息传出时,人们都认为这可能发生在巴塞罗那。但是由于巴塞罗那的财政困境,他们不仅没签下了内马尔,还不得不放弃梅西。随后巴黎圣日耳曼签下了梅西,现在他已经加入了姆巴佩和内马尔的行列,成为世界上最强大的进攻三人组,至少在理论上是这样。


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