陕师大房喻院士、刘忠山教授等《自然·通讯》：超薄近红外透过薄膜问世，助力夜视设备与信息加密

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2024-09-22 07:50

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近红外（NIR）透过材料在安全成像、光学检测、夜视成像、法医应用和防伪等领域展现出广泛的应用前景。传统的金属氧化物、硅基半导体和硫系玻璃等无机材料虽然具备良好的NIR透过能力，但往往面临柔韧性差，易碎，难以加工等问题，不适用于柔性可穿戴设备。有机材料虽然具有柔韧性和可调控的光学性能，但大多数有机分子吸收范围狭窄，难以实现全面的紫外-可见光区域光干扰消除。此外，材料的厚度和透过率之间存在权衡，增加有机分子含量虽能降低可见光的干扰，但同时也会导致NIR透过率下降和薄膜厚度增加。因此，开发高质量的可见光不透过但NIR透过的有机材料仍需要新的策略。

近日，陕西师范大学房喻教授课题组在国际著名期刊《Nature Communications》发表了一项重要研究成果，题为“Ultrathin near-infrared transmitting films enabled by deprotonation-induced intramolecular charge transfer of a dopant”。该研究成功开发了一种基于去质子化诱导分子内电荷转移的新型近红外透过薄膜，可用于夜视成像和信息加密等领域。

研究团队设计并合成了一种含苝单酰亚胺的新型四配位硼化合物PMI-CBN，通过去质子化诱导的分子内电荷转移机制，使得该化合物在709 nm至943 nm的波长范围内表现出红移吸收，将其与PMMA进行复合后，得到的薄膜在可见光区域几乎不透光（T_Vis < 1%），但在近红外区域具有极高的透过率（T_NIR > 90%）。作者优化了PMI-CBN吸收剂在薄膜中的掺杂含量。随着PMI-CBN吸收剂含量从0增加到9.5 wt%，可见光透过率降低至1%，而近红外透过率基本保持不变，仅在截止波长处有轻微红移，薄膜颜色也从绿色逐渐变为黑色。

图1. 近红外透过薄膜的制备及其光学性能

进一步对薄膜的柔性、均匀性以及稳定性进行了测试。弯曲试验表明NIR透过薄膜能够自支撑且具有柔性。通过截面扫描电子显微镜（SEM）测试得到薄膜厚度约为16 µm。随后，作者又将其分别暴露在90%湿度、100 ^oC高温或1 kW m^-2的光照条件下，仍能保持光学性能的稳定。

图2. 近红外透过薄膜的柔韧性、均匀性和稳定性测试

总结：作者采用去质子化诱导的分子内电荷转移（ICT）效应和拓展π共轭相结合的方法，开发了高性能的有机NIR透过材料。并在厚度、截止波长和透射率之间实现了高效的平衡。凭借其柔韧性、自支撑性、轻便、稳定性及独特的光学性能，该近红外透过薄膜有望在近红外成像、信息加密、柔性电子和可穿戴设备等领域得到重要应用。

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