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重庆理工大学杨朝龙课题组《Adv. Funct. Mater.》：基于柔性交联聚合物体系的超低温可视化检测

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2024-10-29 14:00

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尽管 RTP 材料在温度检测领域的应用取得了一定的进展，但仍缺乏一种简单直观的方法来可视化检测超低温。 重庆理工大学杨朝龙教授课题组 成功制备了一种新型的柔性交联聚合物 TPTA@PU 膜，该薄膜表现出长余辉、高磷光量子效率和出色的机械性能。重要的是， TPTA@PU 膜表现出显著的热响应行为，在 80 到 280 K 的温度范围内，余辉颜色迅速从蓝色变为绿色，且余辉颜色的 RGB 值与温度之间存在正线性相关性。基于这些显著特性，该课题组利用 TPTA@PU 膜作为热响应元件，实现了超低温的可视化检测。这项工作有望为 RTP 材料在更前沿领域的应用提供更多的灵感和可能性。

作者筛选了系列氨基芳环分子制备了柔性交联聚合物薄膜。在该体系中，大量的羰基和氮原子促进了三线态激子的生成，网络结构下磷光体的运动被抑制，确保了三线态激子的稳定性（图 1a ）。聚合物薄膜表现出优异的耗氧特性，在紫外激发后显示出优异的发光特性，包括长的磷光寿命和高的量子产率（图 1b,c ）。在此基础上，作者对薄膜的光物理性质及其发光机制进行了进一步表征。薄膜表现出高的透明性，在紫外光辐照后，表现出高效的余辉发射，其寿命最长可达 972.3ms ，亮度最高可达 1.2cdm ^-2 （图 2 ）。 TPTA@PU 薄膜的光谱强度以及寿命随温度的升高表现出明显的负相关性，证实了该薄膜的发光源自 RTP 而非热激活延迟荧光 (TADF) 。紫外辐照 60s 后， TPTA@PU 薄膜的光谱和强度大幅度提升，这归结于紫外辐照过程中薄膜内氧气的消耗所致（图 3 ）。

图 1 柔性聚合物薄膜的制备示意图

图 2 柔性 RTP 薄膜的光物理性质

图 3 大气条件下 TPTA@PU 薄膜的发光机制

此外，该系列薄膜表现出优异的机械性能，其断裂伸长率约为 120% ，能够提取 2.6kg 的反应釜，最重要的是在拉伸过程中薄膜的磷光性能基本不发生改变，显示了其在大面积显示、柔性穿戴领域的潜在应用（图 4 ）。

图 4 柔性 RTP 薄膜的机械性能

在研究中，作者发现随着温度的升高，其 TPTA@PU 薄膜的余辉颜色由蓝快速变绿，在高低温下具有不同的发射中心，显示了其作为温度传感元件的潜力。如图 5e 所示，在 80-280 K 的范围内，随着温度的升高， B 值下降，而 R 和 G 值增长，这与不同温度下余辉图像显示的颜色趋势一致，且 G/B 值与温度变化之间存在较强的线性关系（ R ² ≥ 0.985 ）。因此，当余辉颜色作为可见指标时， RGB 分析可以作为一种简单的方法用于检测温度，从而实现基于 RTP 薄膜材料的超低温可视化检测。

图 5 TPTA@PU 薄膜在超低温环境温度检测中的潜在应用

综上所述，本工作通过一种简单的策略制备了柔性聚合物 RTP 薄膜材料，根据薄膜所表现出的特性，实现了对超低温的可视化检测，为 RTP 材料的应用提供了更多的可能性。

以上相关成果以题目为“ Visualization Detection of Ultralow Temperature Based on Flexible Cross – linked Polymer Systems ” 发表在 Advanced Functional Materials 上（ Adv. Funct. Mater. 2024, 2416465 ）。论文的第一作者为重庆理工大学材料科学与工程学院硕士研究生 郭凤玲 ，通讯作者为 杨朝龙教授 。该研究工作得到了国家自然科学基金、重庆市科技局、重庆市教委等项目的大力支持。