基于海藻酸钠超长寿命室温磷光新材料设计与性能研究

【摘要】：近年来,纯有机超长寿命室温磷光材料引起了研究者的广泛关注。过去的长余辉材料仅限于无机配合物或稀土配合物,具有成本高、生物毒性大、环境污染大的缺点,有机长余辉材料的开发解决了这些缺点。海藻酸钠(SA)作为一种从藻类生物中提取的天然多糖,来源广泛且生物相容性好,因此SA基材料具有良好的应用前景。然而,目前以SA为基质的有机长余辉材料的开发较少,包括其他多糖在内的生物大分子的有机长余辉材料的开发也较为匮乏。因此,本文将根据SA的结构特点和有机长余辉材料的特点,将二者相结合制备SA基超长寿命室温磷光材料。SA不仅具有大量的氢键还具有大量的离子键相互作用,基于此提出了一种离子化策略构建SA基超长寿命室温磷光材料,即充分利用SA的离子键和氢键与离子化的磷光生色团相互作用抑制磷光生色团的非辐射跃迁,以实现高效的超长寿命室温磷光(最高磷光量子效率为25%,最长磷光寿命为1481ms)。除此之外,通过调节磷光生色团离子化基团的数量和相对位置能够调节磷光生色团的聚集程度从而对其磷光进行调节。通过简单的离子化掺杂方法,既可以制备成超长寿命室温磷光薄膜也可以作为防伪墨水,通过打印、手写、印章等方式实现防伪加密。SA还具有半刚性的分子链结构特点,根据这一特点,提出了双聚合物的设计思路用于开发超长寿命室温磷光材料。具体的思路是先将磷光生色团修饰到SA主链上,再将SA衍生物与PVA进行共混。与传统的单层聚合物室温磷光材料相比,这种双聚合物的制备方法优势在于同时具备刚性主链与柔性主链,刚性主链主要是起到调控磷光生色团的聚集尺度的作用,柔性主链包覆在刚性主链周围将提高材料整体的构象刚硬化,二者相辅相成,不仅仅是两种聚合物的线性叠加。利用这种设计思想,成功开发出了一系列超长寿命室温磷光材料(余辉颜色随时间变化从黄色到绿色再到蓝色,最长磷光寿命达2132ms)。这种双聚合物超长寿命室温磷光材料设计思想还可拓展至其他的材料体系。