华东理工大学马骧教授课题组《ACS AMI》：聚合物材料紧密度可视化

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聚合物材料的内部检测通常需要先进的科学仪器和精确的化学分析，这在某种程度上限制了聚合物材料的实际应用。将聚合物材料的研究与光功能材料结合在一起，通过光响应信号传递聚合物内部信息，具有重要意义。

近期，华东理工大学马骧教授课题组在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上发表了题为“Visually Monitoring the Compactness of Polymer Matrixes Coded by Disparate Luminescence”的文章(DOI: 10.1021/acsami.1c15299)。为进一步对聚合物材料性质进行直观地检测，该课题组制备了具有振动诱导发光性能的9,14-二苯基-9,14-二氢二苯并[a,c]吩嗪-11-羧酸甲酯 (DPC)分子，将其与具有不同刚性的三种聚合物材料聚己内酯（PCL）、苯乙烯丁二烯共聚物（SBS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）进行掺杂成膜，使得DPC分子分别处于由柔性到紧密的聚合物网络环境中，产生不同夹角的振动诱导发光分子激发态构型，所获得的薄膜PCL-DPC，SBS-DPC和PMMA-DPC实现了从浅橙色到蓝色的不同荧光发射。在同样的温度变化范围内，三种薄膜的荧光发射产生不同范围的颜色变化，从而进一步印证了荧光发射对聚合物材料刚性程度的判断。除了荧光特性的变化外，在刚性较强的两种薄膜中呈现出超长寿命的黄色室温磷光，这归因于聚合物体系中较强的刚性和规则性能够抑制非辐射跃迁和减少氧气猝灭。由于聚合物材料SBS较差的氧气隔绝作用，DPC分子在掺杂膜SBS-DPC中形成了具有光激活现象的长余辉磷光发射。其磷光强度在短暂的紫外光照射后呈非线性增强，撤去光照后，磷光发射再次被渗透进薄膜里的氧气猝灭。经实验证明，该光激活过程可循环18次以上。该研究同时将聚合物两两组合与DPC分子进行掺杂，经比例调控后获得两种不规则分布掺杂薄膜，通过荧光和长寿命磷光的不同发光性质对聚合物材料的不规则分布进行精确判断。这些具有相同掺杂发光体的聚合物薄膜在荧光和磷光方面表现出不同的光致发光特性，能够进一步对聚合物材料的内在性质进行可视化监测。

图1. DPC分子与三种聚合物材料PCL，SBS和PMMA的掺杂过程图，激发态的DPC分子在三种聚合物材料中表现出不同的分子构型，同时得到不同的荧光和磷光发射性质

图2. a) DPC分子在甲苯溶液中的吸收谱以及固态和溶液态的DPC分子的荧光发射谱；b) 三种薄膜PCL-DPC，SBS-DPC和PMMA-DPC的应力应变曲线图；c) 三种薄膜的荧光发射图；d) 薄膜PCL-DPC的荧光和磷光发射图；e) 薄膜PMMA-DPC的荧光和磷光发射图；f) 薄膜PMMA-DPC的磷光寿命图

图3. SBS-DPC膜的a) 荧光及光激活磷光的归一化光谱图，b) 空气中和氩气中光激活对应时间的磷光强度，其中插图为空气中和氩气中的发光图片，c) 磷光寿命，d) 光激活和氧气猝灭的磷光强度循环图；e) 三种掺杂膜在紫外光照射下荧光及磷光发光图片

图4. 不同温度下a) PMMA-DPC, b) SBS-DPC和c) PCL-DPC薄膜的归一化荧光发射；d) 不同温度下三种薄膜荧光颜色变化对应的CIE坐标谱图

图5. a) 混合膜PCL&SBS-DPC和PCL&PMMA-DPC掺杂过程模拟图；b) 鉴别聚合物分布SEM测试图及紫外光照射下多种荧光及磷光展示图

论文链接：

Fan Gu, Tao Jiang and Xiang Ma*. Visually monitoring the compactness of polymer matrixes coded by disparate luminescence. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.1c15299.

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.1c15299

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