复旦大学朱亮亮研究员AM：水处理实现长寿命室温磷光粘合剂

在光电材料领域，有机长寿命室温磷光材料因其无需稀土元素、结构多样且可调性强，在显示、信息加密、防伪和生物成像等领域展现出广阔前景。然而，现有材料大多依赖极性基团通过氢键或离子键限制发色团振动以实现磷光，这些作用易受水分干扰，导致材料稳定性差、发光寿命缩短，且通常依赖高结晶度结构，加工性能差，限制了其实际应用范围。

近日，复旦大学朱亮亮研究员团队开发出一种具有长寿命室温磷光特性的粘合剂材料。该材料通过将微量发色团与丙烯酸进行随机共聚制备，利用水诱导的聚合物链重组行为，在发色团周围形成保护性受限区域，从而显著提升磷光寿命，最高可达3秒，并具备优异的耐湿性。该策略适用于多种发色团，可实现从蓝色到红色的可调余辉颜色。此外，材料具有水溶性，可作为可移除式粘合剂使用，其长寿命磷光特性还可用于实时、无损地监测粘合状态。相关论文以“Water Treatment for Long-Lived Room Temperature Phosphorescent Adhesives”为题，发表在

Advanced Materials

研究团队设计了五种含不同发色团的共聚物体系，通过调控单体比例优化磷光性能。以PBAA为例，当丙烯酸与BPMA比例为2000:1时，粉末样品的磷光寿命达到619.1毫秒。进一步将粉末溶于水并干燥成膜后，磷光寿命显著提升至2.558秒。研究还发现，与物理掺杂体系相比，化学共聚形成的局部两亲结构更有效地抑制了非辐射跃迁，从而增强磷光性能。其他共聚物如PPAA、PNAA等也表现出类似的增强效果，其中PPAA薄膜的磷光寿命甚至超过3秒。

图1 研究概要 a) 聚合物体系的化学结构。 b) 水诱导聚合物链重组示意图，伴随材料状态从制备粉末到水处理薄膜的转变，导致RTP寿命显著增强，可在日常湿度环境中长期维持。 c) 聚合物的粘合功能，通过余辉效应可视化粘合状态。

为了探究其内在机制，研究人员系统分析了水处理过程中聚合物结构的变化。FTIR光谱显示薄膜中羰基峰向低波数移动，表明羧基间形成了更强的氢键网络；XRD图谱中新增的衍射峰说明水诱导形成了部分有序结构；DSC结果显示薄膜的玻璃化转变温度降低，说明链段运动能力增强。接触角测试进一步揭示，随着干燥温度升高，薄膜由亲水转为疏水，说明内部氢键网络更加致密。通过调控溶液浓度和干燥条件，研究人员证实高分子链的紧密堆积是形成保护性受限区域、从而稳定磷光的关键。

图2 光物理性质 a) 在295 nm紫外光下，PBAA制备粉末与水处理薄膜的余辉照片。 b) 不同负载比合成的PBAA薄膜的PL延迟光谱和 c) PL寿命衰减曲线。 d) PBAA制备粉末与水处理薄膜的PL延迟光谱。 e) 不同负载比合成的PBAA制备粉末与水处理薄膜的PL寿命条形图（激发波长290 nm，发射波长476 nm）。 f) PBAA与BPMA@PAA薄膜的PL延迟光谱和 g) PL寿命衰减曲线。

图3 机制分析 a) 不同温度干燥的水处理薄膜中PBAA的PL延迟光谱和 b) PL寿命衰减曲线（测量在室温下进行）。 c) 水浸润/干燥循环期间PBAA水处理薄膜的PL寿命变化。 d) PBAA制备粉末与水处理薄膜的FTIR光谱，e) XRD图谱，和 f) DSC曲线。 g) PBAA粉末、40°C干燥薄膜和80°C干燥薄膜的水接触角。 h) 不同浓度冷冻干燥PBAA样品的PL寿命衰减曲线（激发波长290 nm，发射波长476 nm）。 i) 不同浓度PBAA水溶液中的粒径分布。 j) 不同浓度PBAA水溶液制备的TEM图像。

在粘合性能方面，PBAA水溶液在30 mg/mL浓度下表现出最佳拉伸强度，最大拉力达258 N。流变学测试表明，随着浓度增加，材料从黏性为主的溶液状态转变为弹性为主的凝胶状态。与商用液体胶水相比，PBAA的最大应力高出17.8倍。实际应用中，该粘合剂可成功粘接硅胶、不锈钢、玻璃等多种材料，并能悬挂重达20 kg的负载，展现出卓越的机械性能和适用性。

图4 粘合性能 a) 不同浓度PBAA水溶液的力-位移曲线和 b) 频率扫描动态机械曲线。 c) PBAA与商业胶水的力-位移曲线。 d) 使用PBAA粘合剂粘合两个硅胶板（粘合面积10 mm × 15 mm）后，可悬挂330 mL水瓶并长时间保持稳定。 e) 使用PBAA粘合不锈钢板与玻璃片制备的悬挂装置，可承载20 kg负载。 f) PBAA粘合剂在不同材料表面的粘合表现。

更引人注目的是，这类材料可用于实时可视化监测粘合过程。在干燥过程中，粘合剂的余辉时间逐渐延长，直至完全干燥时呈现明亮余辉，标志着粘合完成。即便在日常湿度环境中放置120天，其粘接强度和余辉性能仍保持稳定。此外，材料还可拉丝成纤维，干燥后仍具明显余辉，极大提升了其在微区粘合与检测中的实用性。研究人员还利用PSAA与PPAA的寿命差异，设计出具有动态变色效果的天鹅模型，展示了其在信息加密与防伪中的潜力。

图5 视觉监测粘合状态 a) 在日常湿度环境中放置120天的PBAA粘合剂在295 nm紫外光下的余辉照片。 b) PPAA粘合剂与两种商业粘合剂在干燥过程中的余辉对比。 c) PBAA溶液拉丝形成纤维后的余辉照片。 d) 由PSAA（主体）和PPAA（颈部及以上）构成的天鹅模型在紫外关闭后的动态余辉变化（激发波长295 nm）。

综上所述，本研究通过水诱导聚合物重组策略，成功开发出一系列具有长寿命室温磷光、可调发光颜色且兼具优异粘合性能的材料。整个制备过程温和环保，符合绿色化学原则。该工作不仅为开发高性能磷光材料提供了新思路，还拓展了发光材料在粘合监测、信息加密等领域的创新应用，具有重要的科学价值与广阔的应用前景。

来源：高分子科学前沿

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