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蘭州大學唐瑜、呂少瑜Angew：通過動態(tài)熱機械分析揭示室溫磷光離子凝膠機械性能及光物理性能的關(guān)系

來源：蘭州大學      2024-12-02
導讀：室溫磷光材料是光電材料領(lǐng)域的一類重要材料。然而，室溫磷光材料的機械性能與其光物理性能的關(guān)系尚未闡明，限制了室溫磷光材料的設計和應用。近期，蘭州大學唐瑜教授與呂少瑜教授構(gòu)建了一系列室溫磷光離子凝膠，通過動態(tài)熱機械分析(DMA)建立了力學(機械性能)-DMA(鏈段運動程度)-光學(磷光壽命)的關(guān)系，無需復雜的表征過程，僅僅通過DMA譜即可預測室溫磷光離子凝膠的機械性能或磷光壽命。該工作以“Mechanics-Photophysics Correlation in Tough, Stretchable and Long-Lived Room Temperature Phosphorescence Ionogels Deciphered by Dynamic Mechanical Analysis”為題發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上，且被選為VIP (Very Important Paper) 。

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圖1. 離子凝膠的組成及其相互作用。通過DMA將離子凝膠的機械性能與光物理性能關(guān)聯(lián)起來，類似人腦通過連接視覺和觸覺來感知物質(zhì)

作者將兩性發(fā)色團(QCl)摻雜進聚丙烯酸(PAA)中，以1-乙基-3-甲基咪唑鎓對甲苯磺酰鹽(TsO)為離子液合成了離子凝膠(PAA-TsO)，其中PAA-TsO (125)的離子凝膠展現(xiàn)出強韌的力學性能，可以提起25 kg的重量。即使在經(jīng)過不同程度拉伸后，離子凝膠仍能保持其長壽命磷光。為了探究該策略的普適性，作者還合成了一系列不同聚合物組成、不同離子液種類的室溫磷光離子凝膠(圖2)。

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圖2. 離子凝膠的機械性能與光物理性能

離子凝膠能實現(xiàn)可拉伸性與長壽命磷光的重要原因是離子凝膠內(nèi)部存在大量的非共價鍵作用(氫鍵和靜電作用)，進而限制了各組分的運動。當內(nèi)部氫鍵被破壞 (氨氣處理1 h)以及靜電作用移除 (將離子液或兩性發(fā)色團替換為中性分子) 后，材料的磷光壽命以及力學性能發(fā)生了下降(圖3)。

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圖3. 離子凝膠的可逆動態(tài)相互作用

此外，通過模擬計算也證明了離子凝膠各組分之間的強相互作用，以及PAA網(wǎng)絡能有效促進系間竄越過程(圖4)。

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圖4. 通過模擬計算驗證各組分的相互作用以及能級圖

結(jié)合變溫磷光光譜、變溫磷光衰減曲線、DMA譜圖以及變溫拉伸曲線，作者通過DMA將離子凝膠的機械性能與光物理性能關(guān)聯(lián)起來。此外，不同離子液含量與不同離子液種類的離子凝膠同樣展現(xiàn)出力學-DMA-光學的相關(guān)性(圖5)。

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圖5. 通過DMA將離子凝膠的機械性能與光物理性能關(guān)聯(lián)

最后，作者探索了離子凝膠在信息加密、極端環(huán)境下的柔性磷光以及形狀記憶與形狀重塑方面的潛在應用(圖6)。

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圖6. 離子凝膠在信息加密、極端環(huán)境以及形狀記憶與重塑方面的應用

文獻詳情：

Mechanics-Photophysics Correlation in Tough, Stretchable and Long-Lived Room Temperature Phosphorescence Ionogels Deciphered by Dynamic Mechanical Analysis

Xipeng Yang, Ningyan Li, Binbin Wang, Panyi Chen, Song Ma, Yifan Deng, Prof. Shaoyu Lü, Prof. Yu Tang

Angew. Chem. Int. Ed. 2024

https://doi.org/10.1002/anie.202419114

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