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吉林大学张晓安教授团队《AM》:可印刷热开关荧光材料实现可编程热控全彩色显示和多重加密

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高分子科学前沿 2021-04-16 13:47

在过去的几十年里,通过外部刺激操作切换荧光的材料受到了广泛的关注,其在分子开关、显示、传感器、生物成像、光学记录和信息加密等领域存在着广泛的潜在应用。其中热开关荧光材料(TFMs)引起了研究者的特别关注,这主要因为热具有易获得、低成本以及同时适用于大面积和纳米级尺寸的特性。更关键的是热量与重要的生理参数——温度息息相关。迄今,各种开创性的TFM策略被不断提出并实现,包括分子温度计、超分子自组装系统和热响应聚合物等。这些开拓性的研究对于TFM的温度指标研究发挥了重要作用。为了进一步推动TFM的跨越式发展,还有几个关键问题需要解决。第一是能够实现全彩显示,以满足日益增长的信息展示和视觉美学的色彩需求。第二,需要一种理想的开关模式,实现从深色到高品质多色的自由切换,有效避免切换过程中一个或多个不需要的中间荧光色,从而带来预期的更好的视觉体验。另外,最初的不可见功能还可以实现信息加密功能。第三,需要灵活的应用模式,有助于TFM的快速实际应用。第四,需要进一步提高TFMs的综合性能,以满足产业化需求。产生多色发光的经典方法是混合三原色(红绿蓝)。然而能够完整实现三原色的热致变色荧光体系非常有限。现有的TFM工作机制基本都属于单通道机制,尽管单通道具有直接性和简单性,但是可调范围也受到一定的限制。众所周知,生物系统通常依靠来自多个方向或渠道的反应来克服外界环境的刺激或变化。因此多通道可能是实现具有高荧光发射对比度的理想开关式TFM的解决方案。但事实上,到目前为止,只有光诱导的全色和可开关荧光材料得到了真正的实现和演示,使用TFMs来实现这一目标仍然存在着巨大的挑战。

为解决这些问题,吉林大学张晓安教授团队使用了一种具有自结晶/组装特性的“类脂质”相变材料(PCM)作为基质,同时调节荧光修饰剂(FM)与相关荧光基团的协同作用,从而实现了Förster共振能量转移的开关调节。因此制备出了具有全彩、通断开关模式以及可印刷特性的优良的集成式TFM。该器件有出色的性能,例如高荧光发射对比度(>100)高稳定性(>200循环)和易调节的相应温度等等。同时研究者对相关的FRET机制进行了详细的证明,并计算了相关的转移效率。研究者还展示了其在可切换动态室内装饰可编程温控显示和高级信息加密等方面的潜在应用。这项工作促进了TFMs的发展,拓展了其应用领域。更重要的是,研究者验证的双/多通道刺激响应模式策略,为各种创新应用的可切换材料的设计和性能优化提供了一个新的视角。该工作以“Printable Off–On Thermoswitchable Fluorescent Materials for Programmable Thermally Controlled Full‐Color Displays and Multiple Encryption”为题发表在最新一期《Advanced Materials》。

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文章亮点:

1. 实现了全彩、关开切换模式、可打印性、高性能TFMs的集成。

2. 这种TFMs制备方式简单,性能优越,有高荧光发射对比度(>100),高稳定性(>200次循环)和易于调节的响应温度。

3. 这种TFMs可以制备成三色荧光油墨,可以通过简单的印刷在柔性基材上获得全色发射。

参考文献:

Printable Off–On Thermoswitchable Fluorescent Materials for Programmable Thermally Controlled Full‐Color Displays and Multiple Encryption

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202008055

来源:高分子科学前沿

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