近日，西北工业大学黄维院士、谷龙教授在有机室温磷光领域取得了突破性研究进展，成功开发了一系列柔性、可拉伸的室温磷光聚合物，并展示了该类材料在柔性、可拉伸余辉显示领域的潜在应用。研究成果以“Stretchable phosphorescent polymers by multiphase engineering”为题发表在高水平学术期刊——Nature Communications（《自然·通讯》）上。

室温磷光材料，作为一种新型发光材料，在生物医学成像、安全标识、柔性显示器和高效能照明等多个领域展现出了巨大的应用潜力。随着可穿戴电子设备和柔性显示技术的不断发展，柔性室温磷光材料因其优越的机械柔性和耐久性，成为这些领域的理想选择。材料能够承受弯曲和拉伸，并保持优异的发光性能，这为未来的智能服装和便携式设备带来了无限可能。同时，在环保和节能的时代背景下，柔性室温磷光材料凭借其高效的能量转换能力，成为高效能照明系统的重要组成部分。它们不仅可以显著降低能耗，还能够减少碳排放，助力实现可持续发展的目标。然而，目前报道的多数室温磷光材料缺乏柔韧性与可拉伸性，阻碍了该领域的进一步发展。目前，获得聚合物室温磷光材料的主要方式是通过将磷光发光分子通过化学合成或物理掺杂的方式引入刚性的聚合物基质中，限制发光分子的三线态激子，实现室温磷光。但是，这类聚合物通常具有高的玻璃化转变温度以及小的自由体积，导致材料呈现脆性以及较差的机械形变性能。相反，若选择具有一定柔韧性的聚合物作为基质，发光分子的三线态激子非辐射跃迁难以得到有效抑制，在室温条件下难以观测到磷光。因此，如何平衡聚合物室温磷光材料的“刚性”与“柔性”，一直是该领域面临的挑战之一。

图1 柔性室温磷光聚合物的设计思路

图2 柔性室温磷光聚合物的光学和力学性质

图3 柔性聚合物室温磷光材料在多彩显示、余辉示踪以及柔性余辉显示领域的潜在应用展示

面向柔性电子领域的应用需求，西北工业大学黄维院士、谷龙教授与南京工业大学安众福教授、吉林大学钱虎军教授合作，提出聚合物多相工程策略，基于ATRP聚合物方法可控/活性聚合的特点，将“刚性”的聚丙烯酸嵌段和“柔性”的聚甲基丙烯酸酯嵌段同时引入同一聚合物链段中，并通过高分子自组装构筑了“刚柔并济”的嵌段聚合物室温磷光材料，突破了传统方法的局限性，兼顾了磷光材料的光学性质与力学性能。（图1）。另外，通过对柔性嵌段的修饰，材料的柔韧性、拉伸性能够实现可调、可控，在712%拉伸条件下，材料磷光寿命仍然能保持981.11 ms，呈现出了优异光学稳定性（图2）。此外，通过改变引发剂的结构和组分，可制备具有全彩磷光发射的柔性聚合物材料。该研究基于材料多彩、柔性、可拉伸以及易加工等特性，初步探索了材料在信息存储、大面积柔性显示等领域的潜在应用（图3）。该研究不仅解决了本领域所面临的挑战，实现了磷光聚合物的柔性化，同时为开发适用于柔性显示、可穿戴设备以及智能电子皮肤等领域的柔性发光、显示材料提供了理论指导，推动柔性发光材料的进一步发展。

这一工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、宁波市自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金和浙江省自然科学基金等项目的支持。西北工业大学柔性电子研究院博士生甘楠为本文第一作者。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47673-y

（文字：甘楠 审核：王学文）