《Applied Physics Reviews》 聚集诱导发光材料的功能及其在高科技领域的应用

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日出而作，日入而息

——《击壤歌》

God said, “Let there be light”, and there was light.

上帝说要有光，于是就有了光。

——《圣经》

自从有文字的那天起，历史就一直记载着人类对光的渴求。而人类文明的巨大进步也和与“光”相关的科技的发展密不可分。因此，2015年被联合国宣布为“国际光年”。其中，发光材料的研发和推广发挥了重要的作用。包括有机小分子染料和无机量子点在内的各种各样的发光材料已经被广泛的应用于人类的日常生活以及各项高尖端科技中。

图1 传统聚集淬灭荧光材料和新型聚集诱导发光材料在单分子和聚集态下的荧光对比

固态或者聚集态是发光材料最常见的物理状态。然而，与在溶液中相比，传统发光材料此时都会表现出发光减弱甚至熄灭的现象。这通常被称之为“聚集导致猝灭（aggregation-caused quenching）”或ACQ效应。在过去的半个世纪，众多科学家尝试了许多不同的方法来努力克服这种ACQ效应，但收效甚微。然而，也有一部分科学家却反其道而行之：既然在传统发光分子中，这种ACQ效应难以根除，不如设计新型分子，使其具有截然相反的性质。

2001年，唐本忠院士发现了一些分子具有“聚集诱导发光（aggregation-induced emission）”或AIE效应。这类荧光生色团在单分子状态下微弱发光甚至不发光，而在固态或聚集状态下荧光显著增强（图1）。这一特性使这种新型发光分子在固态或者聚集态下具有非常高的荧光量子产率，从而有效提供荧光信号而避免不必要的信号损失。目前，聚集诱导发光材料已经在光电、物理以及生物诊疗等诸多领域中发挥着愈来愈重要甚至不可替代的作用。

图2 聚集诱导发光材料的设计，性质和应用总括

鉴于聚集诱导发光材料的迅速发展，最近，新加坡国立大学的刘斌教授和香港科技大学的唐本忠院士联合在《应用物理评论》（Applied Physics Reviews）上发表了一篇综述，系统阐述了多功能聚集诱导发光材料在多种不同领域发展的巨大潜力（图2）。该文首先提出了聚集诱导发光现象的机理是因为聚集态可以有效地抑制分子运动从而激活辐射跃迁点亮荧光。基于这一理论模型，该文紧接着阐述了如何通过合理的分子设计，将传统荧光材料转化为聚集诱导发光材料。同时，该文也讲述了聚集诱导发光材料在光物理领域中的应用，包括发光二极管、场效应晶体管和光波导等光电器件的制备，玻璃化转变、结晶化和自组装等物理现象的测试和追踪。此外，该文对聚集诱导发光材料在生物医药领域中所展现出的独特优势也进行了讨论，包括生物成像和示踪、药物输送和癌症诊疗等等。最后，该文展望了聚集诱导发光材料在未来光电器件，生物医学和产业化领域的巨大前景。

该文于2017年6月发表于Applied Physics Reviews (Guangxue Feng, Ryan T. K, Kwok, Ben Zhong Tang, and Bin Liu, “Functionality and versatility of aggregation-induced emission luminogens” Appl. Phys. Rev. 2017, 4, 021307)。文章的共同第一作者是新加坡国立大学的冯光雪博士和香港科技大学的Ryan T. K. Kwok博士，通讯作者为刘斌教授和唐本忠院士。

文章链接：

http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4984020?from=timeline&isappinstalled=1

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