Fluolab【Adv.Mater.】1400%拉伸，1888毫秒磷光——耐湿耐热的超长余辉弹性体新突破
摘要
在材料科学领域，室温磷光（RTP）聚合物因其优异的可加工性、高热稳定性和环保兼容性受到广泛关注。然而，实现同时具备超长磷光与高延展性的RTP聚合物仍是一项挑战，因为大多数现有RTP材料依赖刚性结构，导致其拉伸性能较差。本研究开发了一种具有卓越拉伸性能与超长磷光特性的聚氨酯（PU）弹性体。该聚合物通过共聚一种新型磷光体二羟基官能化吲哚并咔唑（ICZ-diol）、4,4′-亚甲基双环己基二异氰酸酯（HMDI）、聚四氢呋喃（PTMEG 2000）和己二酰二肼（AD）制备而成。研究表明，该材料不仅具备1400%的最大应变，同时还实现了1888毫秒的磷光寿命。更重要的是，该材料展示了耐湿耐热性能，在水中浸泡48小时或暴露在100°C高温环境下仍能稳定发光。该研究为开发兼具优异拉伸性能、超长余辉和环境稳定性的RTP材料提供了新途径。
引言
室温磷光（RTP）材料在防伪、有机发光二极管（OLED）、数据加密、生物成像和分子传感等高级应用中扮演重要角色。然而，当前有机RTP材料仍面临诸多挑战，如激发态单线态与三线态之间的无效跃迁，以及三重激子在环境条件下的非辐射失活。本研究试图通过聚合物化策略优化RTP材料，以克服这些挑战。
当前RTP聚合物通常通过共聚磷光体或将磷光掺杂剂引入刚性基质来合成。然而，这些方法虽然能提高磷光效率，却严重限制了材料的拉伸性能。此外，传统聚合物RTP材料在湿度或高温环境下容易发生磷光猝灭，进一步限制了其应用。因此，开发同时具备超长磷光、优异拉伸性能及环境稳定性的RTP聚合物成为一项亟待解决的技术难题。
材料与方法
本研究基于聚氨酯的软硬段微相分离结构，设计了一种同时兼具拉伸性能与超长磷光的弹性体。研究团队开发了三种新型磷光体（oICZ-diol、mICZ-diol、NpICZ-diol），并通过化学共聚合使其稳定结合至聚氨酯主链中。实验采用HMDI、PTMEG 2000、AD与磷光体合成了一系列聚氨酯弹性体（PPU-X）。
所得材料在软段部分由PTMEG 2000组成，具有较高的链段可动性，有助于提高拉伸性和柔性。而硬段部分则包含丰富的氢键，可有效限制磷光体的热运动，从而抑制三重激子的非辐射衰减，实现长余辉。
研究结果
1. 分子结构与光物理性能
研究表明，所得RTP聚氨酯材料可在紫外（UV）光照射下发出蓝色荧光，并在光源关闭后持续余辉达21秒。荧光峰位于395nm，而磷光峰则分别位于447nm和478nm。此外，随着硬段成分比例的增加，材料的磷光寿命从1568毫秒增长至1888毫秒，而磷光量子产率也从12.8%提升至18.5%。
2. 拉伸性能与耐久性
所得RTP聚氨酯材料具有卓越的拉伸性能，最大应变可达1400%，拉伸强度范围为12.8至26.1 MPa。研究发现，硬段含量越高，材料的刚性越强，但拉伸性下降。此外，该材料在室温存放24小时后可恢复其弹性特性，表现出优异的拉伸回弹能力。
3. 环境稳定性
为了评估RTP聚氨酯的耐湿性，研究团队将材料在水中浸泡48小时，发现其磷光持续时间未发生显著变化。此外，该材料在50°C至100°C的高温环境中仍能保持稳定的磷光表现，仅在极端高温下余辉略微减弱。这表明聚氨酯网络中的丰富氢键有效抑制了磷光体的水分侵蚀及热运动，提高了材料的环境稳定性。
应用前景
基于本研究所得RTP聚氨酯材料的特性，其潜在应用场景包括：
- 柔性光电子器件：可用于智能可穿戴设备、光电显示和发光纺织品；
- 数据加密与防伪：利用不同磷光持续时间实现信息隐藏与加密；
- 防伪标签与安全标识：材料耐湿耐热，适用于高端品牌防伪标签。
结论
本研究成功开发了一种兼具超长磷光、卓越拉伸性及环境稳定性的RTP聚氨酯弹性体。该材料最大应变达1400%，磷光寿命达1888毫秒，余辉时间可达21秒，并能在湿热环境下保持稳定发光。基于其优异的光物理性能和机械特性，该材料在柔性光电子、数据加密及防伪领域具有广阔应用前景。这一研究成果为未来RTP弹性体的发展提供了新的方向，并为多功能材料的创新奠定了基础。
参考文献
Chen, M.; Liu, B.; Ren, J.; Zhang, C.; Ren, Z.; Guan, Z. Stretchable, Ultralong Room‐Temperature Phosphorescence Poly(Urethane‐urea) Elastomer Resistant to Humidity and Heat. Advanced Materials 2025, 2504825. https://doi.org/10.1002/adma.202504825.