兰州大学唐瑜、吕少瑜Angew：通过动态热机械分析揭示室温磷光离子凝胶机械性能及光物理性能的关系

导读

室温磷光材料是光电材料领域的一类重要材料。然而，室温磷光材料的机械性能与其光物理性能的关系尚未阐明，限制了室温磷光材料的设计和应用。近期，兰州大学唐瑜教授与吕少瑜教授构建了一系列室温磷光离子凝胶，通过动态热机械分析(DMA)建立了力学(机械性能)-DMA(链段运动程度)-光学(磷光寿命)的关系，无需复杂的表征过程，仅仅通过DMA谱即可预测室温磷光离子凝胶的机械性能或磷光寿命。该工作以“Mechanics-Photophysics Correlation in Tough, Stretchable and Long-Lived Room Temperature Phosphorescence Ionogels Deciphered by Dynamic Mechanical Analysis”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上，且被选为VIP (Very Important Paper) 。

图1. 离子凝胶的组成及其相互作用。通过DMA将离子凝胶的机械性能与光物理性能关联起来，类似人脑通过连接视觉和触觉来感知物质

作者将两性发色团(QCl)掺杂进聚丙烯酸(PAA)中，以1-乙基-3-甲基咪唑鎓对甲苯磺酰盐(TsO)为离子液合成了离子凝胶(PAA-TsO)，其中PAA-TsO (125)的离子凝胶展现出强韧的力学性能，可以提起25 kg的重量。即使在经过不同程度拉伸后，离子凝胶仍能保持其长寿命磷光。为了探究该策略的普适性，作者还合成了一系列不同聚合物组成、不同离子液种类的室温磷光离子凝胶(图2)。

图2. 离子凝胶的机械性能与光物理性能

离子凝胶能实现可拉伸性与长寿命磷光的重要原因是离子凝胶内部存在大量的非共价键作用(氢键和静电作用)，进而限制了各组分的运动。当内部氢键被破坏 (氨气处理1 h)以及静电作用移除 (将离子液或两性发色团替换为中性分子) 后，材料的磷光寿命以及力学性能发生了下降(图3)。

图3. 离子凝胶的可逆动态相互作用

此外，通过模拟计算也证明了离子凝胶各组分之间的强相互作用，以及PAA网络能有效促进系间窜越过程(图4)。

图4. 通过模拟计算验证各组分的相互作用以及能级图

结合变温磷光光谱、变温磷光衰减曲线、DMA谱图以及变温拉伸曲线，作者通过DMA将离子凝胶的机械性能与光物理性能关联起来。此外，不同离子液含量与不同离子液种类的离子凝胶同样展现出力学-DMA-光学的相关性(图5)。

图5. 通过DMA将离子凝胶的机械性能与光物理性能关联

最后，作者探索了离子凝胶在信息加密、极端环境下的柔性磷光以及形状记忆与形状重塑方面的潜在应用(图6)。

图6. 离子凝胶在信息加密、极端环境以及形状记忆与重塑方面的应用

文献详情：

Mechanics-Photophysics Correlation in Tough, Stretchable and Long-Lived Room Temperature Phosphorescence Ionogels Deciphered by Dynamic Mechanical Analysis

Xipeng Yang, Ningyan Li, Binbin Wang, Panyi Chen, Song Ma, Yifan Deng, Prof. Shaoyu Lü, Prof. Yu Tang

Angew. Chem. Int. Ed.2024

https://doi.org/10.1002/anie.202419114

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