我科學家成功制備新型“夜明珠”材料
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珍寶“夜明珠”能在黑夜中發光的原因就是磷光。因為在黑夜中發光這一特性,磷光材料在信息加密、生物成像等領域有廣泛應用前景。日前,中國科學院合肥物質院固體所能源材料與器件制造研究部蔣長龍、楊亮研究團隊成功設計了一種新方法,制備出了具有從藍色到綠色的多色超長室溫磷光發射的碳化聚合物納米點材料,相關研究發表在《先進科學》上。
磷光材料在黑夜中發光的現象被稱為室溫磷光。簡單來說,室溫磷光是一種材料在激發光源停止后,仍能在一段時間內持續發出冷光的現象。
磷光材料的發光機制源於內部的“能級躍遷”。磷光材料在受到外界能量激發(如紫外光源激發等)后,獲得能量的價電子會發生能級躍遷,在此過程中會以光子的形式釋放出能量,這就是人們見到的磷光。
團隊成員打了個形象的比方,這個過程就好像一個小孩坐電梯上了二樓(外界能量激發),然后調皮地一級一級又從二樓跳回了一樓(能級躍遷)。如果把一樓叫做基態,二樓叫做激發態,每一級樓梯就叫一個能級,在跳下來的過程中小孩會釋放能量,而能量釋放過程就是樓梯的晃動和能聽到的哐哐響聲,放在價電子的例子中,那就是光子的釋放。
對磷光材料而言,價電子就是一個不那麼調皮的小孩,它們會一級一級往下跳,因此這個跳躍的過程會持續很久,表現出來就是磷光會持續很久。但對於另外一種情況而言就完全不同了,價電子是非常不聽話的小孩,它們會直接從二樓跳到一樓——表現出來就是會突然出現短暫的光,然后就重回黑暗。這種持續很短的發光現象被稱為熒光。
為了更好地應用磷光現象,科學家們需要盡可能延長磷光的時間。蔣長龍、楊亮研究團隊制備出的新型室溫磷光材料在肉眼可見的磷光余輝時長上最長達到了49秒,磷光量子產率最高達到了19.5%,並且具有出色的抗光漂白性。
該研究在多色長壽命室溫磷光發光材料方面的新進展為科學界帶來了新的研究方向,也為防偽和信息加密等領域提供了創新的解決方案。(記者丁一鳴 通訊員楊亮、張啟鵬)
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