西工大新闻网10月27日电（陈雪）合成单分散的长余辉微粒对于创建具有多种光学状态的光子晶体平台以用于光电子学领域是至关重要的。然而，使用传统方法在具有长余辉微粒中实现尺寸和形态的高均匀性是具有挑战性的。

近日，西北工业大学柔性电子研究院刘小网教授课题组，创新性开发了一种原位封装碳点（carbon dots，CDs）实现二氧化硅纳米颗粒（SiO₂ microparticles，SiO₂ MPs）的合成策略。与传统构建CD-SiO₂ MPs复合物的思路不同，该策略着眼于通过水热反应轻微水解已合成的单分散SiO₂ MPs，在温度恢复到室温的过程中硅酸再次回到表面聚合的过程实现对CDs的紧密封装。不仅可以利用SiO₂ MPs的致密性隔绝外界的水与氧气等对内部CDs的淬灭作用，还可以通过SiO₂中固有的硅羟基稳定CDs的三线态实现其在室温下1.50 s的寿命，获得在乙醇分散液中25.4%的量子产量。通过精准控制母体SiO₂ MPs的尺寸可以调控CDs负载的SiO₂ MPs的尺寸，进而获得具备不同周期颜色的光子晶体。最终实现角度依赖结构色，光致发光以及长余辉发光三种光学信息对光子晶体的录入。该研究成果以“Pseudomorphic Synthesis of Monodisperse Afterglow Carbon Dot-doped SiO₂ Microparticles for Photonic Crystals”为题发表于Advanced Materials。

单分散CD掺杂SiO₂微球合成及其光子晶体构筑示意图。合成过程包括五个阶段：(i) SiO₂纳米颗粒的表面层在高温下逐渐溶解形成正硅酸；(ii) CD通过SiO₂骨架的水解和重聚平衡被掺杂到SiO₂基质中；(iii) 在冷却反应过程中，溶解的正硅酸重新凝结，进一步封装CD形成单分散的荧光CD掺杂SiO₂微粒；(iv和v) 通过连续浸涂策略制备光子晶体的示意图，然后通过激光辅助蚀刻策略创建光子晶体图案； (vi)设计的花型光子晶体图案在不同照明条件下显示出多种光学状态，包括在日光下产生角度依赖的结构颜色，365nm照射下的蓝光发射，以及停止紫外线激发后的绿色余辉。

这一突破性进展的相关实验的主要完成者是论文的第一作者西北工业大学柔性电子研究院在读博士陈雪，通讯作者是西北工业大刘小网教授和黄维院士。大连理工大学武素丽教授，西北工业大学胡文博教授、吴忠彬教授、徐巍栋教授，南方科技大学的罗智教授，韩国成均馆大学Yung Doug Suh教授，纳扎尔巴耶夫大学Timur Sh.Atabaev, 以及南开大学李希艳教授等从不同角度参与了此项研究。这一工作得到国家自然科学基金面上项目基金、陕西省重点研发计划项目。

（审核：王学文）