智能型力刺激響應熒光材料實現不同機械力識別

　　近日，《染料和顏料》在線刊發了太原理工大學新材料界面科學與工程教育部重點實驗室郭鹍鵬團隊聯合中山大學教授楊志涌和山西能源學院副教授張芳，在智能型力刺激響應熒光材料研究領域的新進展。

　　力刺激響應熒光材料因在力刺激作用下會發生熒光信號的改變，使其在力傳感、信息記錄和加密防偽等領域具有潛在的利用價值。但通過單組分刺激響應熒光材料可智能地區分研磨力和壓力等不同機械力的研究相對較少，特別是在力刺激后可發出傳播距離更遠的紅光和近紅外熒光的材料更少。另外，已有報道的可識別不同類型機械力識別的力刺激響應熒光材料主要表現為不同熒光顏色的切換，壓力識別的門檻值在GPa以上，對MPa級別的弱力刺激不敏感；而且在壓力撤去后，它們的熒光顏色會很快回到初始狀態，無法對受力信息進行長時間的保存。

　　針對力響應的敏感性和作用力信息長期保存性問題，科研團隊在一個剛性低扭曲分子骨架上引入一個柔性辛基鏈，設計合成了一個“剛柔并濟”的T型有機熒光分子。該熒光材料在原始狀態呈現熒光淬滅狀態，在各向異性的研磨力作用下發出最大發射波長為622 nm的紅色熒光，在各向同性的壓力作用下會發出最大發射波長為696 nm的近紅外熒光。這兩種熒光顏色的差異肉眼可辨，實現了對不同類型機械力的識別。同時，該材料的壓力響應門檻低至1MPa，表現出極大的力響應敏感性。更重要的是，撤去研磨力和壓力后，其發光狀態在室溫下保存7天后都不會有明顯的褪色現象。這意味著，將該材料作為涂層時，可對受力信息進行長期的保存，有助于受力特征的分析。

　　該研究同時揭示了這種智能力響應熒光材料的工作機制。首先，低扭曲的剛性分子骨架容易產生π-π相互作用，形成原始的熒光淬滅態；另一方面，分子骨架上引入的柔性烷基鏈使分子呈現出T形結構，這種分子形狀使分子從單分子分散到形成聚集態過程中會在分子與分子間形成大量對機械力敏感的空腔結構。在各項異性的研磨力作用下，這些空腔結構遭到各個方向力的破壞，分子堆疊被揉成無序排列，同時分子間π-π相互作用被破壞，材料發出紅色熒光；而在壓力作用下，這些空腔沿著一個方向被擠壓，導致相鄰分子產生擠壓和滑動，π-π相互作用被削弱，大量分子形成了緊湊的交錯堆積模式，發出近紅外熒光。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2023.111921