神奇的发光材料

推荐单位：北京化学会

成果来源：北京师范大学化学院

科研代表：闫东鹏

转化作者：石浩楠

近年来，随着技术水平不断提高，发光材料正在广泛而深入地走进我们的生活。发光材料指的是可以通过某种方式吸收能量，并且凭借自身特性，将这部分能量转化成光辐射的物质，它们一般可以以粉末、单晶、薄膜或非晶体形态使用，在传感器、生物医学、纺织领域，都有着广泛的应用。

白光发射材料广受关注

白光在显示、照明设备及探针领域，都有着十分广泛的应用，白光发射材料也一直是发光材料领域的研究热点。在前人的研究工作中，要发射白光，一般是通过蓝光和橙黄光复合来实现的。当然，我们还可以通过光的三基色，也就是蓝光、绿光和红光这三种颜色的复合来发射白光。怎么样能够通过更简便的方法实现白光的发射呢？这仍是我们如今所面临的一个科学难题，广大科研工作者还在努力探索着。

暖白光材料发出的光比较柔和，更符合人眼的视觉习惯。像我们平常使用的日光灯，其实就是由蓝光的芯片来驱动复合黄色的荧光粉来发白光，这个材料的特点就是可以直接自发地发出白光。相对于无机发光材料，这种纯有机白光发射材料调节性好、分子设计多样化、成本更少、毒性更低等，因而它备受产品研发者的青睐。

室温磷光材料回到研究视野

磷光是一种缓慢发光的光致发光现象，当激发光停止后，发光现象能持续存在。常规的有机分子不容易有这种延迟发光，我们称这种发光现象为室温磷光。为什么有机分子不容易观察到延迟发光呢？这是因为有机分子在温度比较高的情况下，通常由于分子的振动抑制了三线态激子的稳定，容易导致三线态失活，因此不太容易产生长寿命的发光。

其实早在20世纪30年代，就有科学家相继报道了有机室温磷光的一些现象。但由于当时的研究手段和研究条件十分有限，因此就逐渐被淡化忘却了。大多数室温磷光材料含有贵金属，不仅成本高，还潜在毒性。目前对其发光机理了解还不够深入，对这类分子的设计缺乏合理的理论指导，因此有关纯有机室温磷光分子的相关报道还很少。随着激发态理论的不断成熟，在人们对光学显示和传感应用方面的巨大需求下，室温磷光材料又回到了我们的视野。

材料的磷光性能可调控吗

室温磷光材料可以应用于光电、信息处理和生物成像等领域。与传统的含贵金属元素的无机化合物，或者金属有机配合物的磷光材料相比，纯有机磷光材料具有毒性低、易于合成和修饰的优点。近年来，有研究证明一些纯有机化合物表现出高效的固态室温磷光，其发光效率和寿命不可兼得。或是效率高寿命短，或是效率低寿命长，综观目前的纯有机室温磷光材料，很少有能够达到效率与寿命兼顾的情况。

为解决这一难题，我国的许多科研工作者，如黄维院士、唐本忠院士、田禾院士等，在提高纯有机室温磷光材料发光效率和寿命方面，进行了有许多探索，并提出一些解决方法：如引入重原子，强化纯有机室温磷光材料的自旋轨道耦合，从而提升它的三线态稳定性;再比如引入刚性机制，通过分子杂化材料，利用金属离子的固定化的效应来增强分子结构的刚性，从而延长它的发光寿命。目前，有机室温磷光材料的发光效率和寿命已经实现很大的突破，但跟无机的体系相比，仍然还有很长远的路要走。

长余辉发光材料应用范围广

长余辉有机室温荧光材料在生物成像、数字加密和光电器件等方面具有许多应用潜能。在生物成像领域，因为生命体具有生色团，在外界光照的情况下会产生自发的荧光现象。如果生命体自身发光就会干扰医生的判断，长余辉发光材料由于自身发光，就会避免生物体本身的信号干扰。例如，我们找一些纳米粒子，进入到病灶部位，可以引导医生更清晰地去识别是正常细胞还是恶性细胞。

在数字加密方面，比如防伪领域，我们在证件上或货币上常见的荧光防伪，光照一下有一个发光的标签。如果能够把磷光材料用上，拿掉光源以后，颜色有可能还会发生变化，或者还会持续一段时间的亮度，这样的话就可以起到多极防伪的作用。在醫疗领域，科研工作者利用长寿命发光的三线态激子，跟空气中的氧作用，产生比较高能的单线态氧，这样的单线态氧在光动力治疗，光照过程中通过一个光敏剂，让它产生单线态氧，从而抑制肿瘤的病灶部位。这在未来，将会是一个非常有前景的抗癌治疗方法。

目前发光材料领域受到的关注很高，而且有越来越多的科研工作者，加入到发光材料的研究工作中。未来若想在这个领域有更长远的发展，一方面我们要在理论层面不断突破和创新，以此不断加强对发光材料本质的理解;另一方面我们要瞄准应用，如生物成像领域，通过应用的不断深入，寻求一些新的突破点，在具体的实践中对发光材料有更进一步的理解。相信随着科学技术的发展，发光材料在我们生活中将会有更大的舞台！