【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)在線發(fā)表了我?；瘜W(xué)與分子科學(xué)學(xué)院袁荃教授在環(huán)境響應(yīng)型近紅外長(zhǎng)余輝光學(xué)材料領(lǐng)域的研究成果，論文題目為“Bio-inspired multiple responsive NIR II nanophosphors for reversible and environment-interactive information encryption”。武漢大學(xué)為論文第一署名單位和通訊作者單位，武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院2021級(jí)博士研究生賀天培為論文的第一作者。武漢大學(xué)袁荃教授以及陳娜博士為該論文的通訊作者。
 

　　自然界中，生命體為適應(yīng)生存外部變化的環(huán)境進(jìn)化出了一系列外部刺激響應(yīng)的現(xiàn)象，通過(guò)響應(yīng)外部信號(hào)的變化，適應(yīng)生存環(huán)境，進(jìn)而提高生存率。例如我們熟知的變色龍可通過(guò)改變細(xì)胞中納米級(jí)的鳥嘌呤晶體結(jié)構(gòu)，影響光的干涉和衍射，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)出顏色的變換，不僅僅可以實(shí)現(xiàn)偽裝，還可以作為群體間信息交流的工具進(jìn)行種間交流。近年來(lái)，受自然界啟發(fā)，研究者們?cè)谕獠凯h(huán)境刺激響應(yīng)的光學(xué)納米材料開發(fā)領(lǐng)域開展了大量的工作，這些材料可以在光、熱、pH等外部條件刺激下產(chǎn)生光學(xué)信號(hào)的變化，在生物傳感、光學(xué)通訊、信息加密、智能家居等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。然而，受到刺激響應(yīng)材料類型有限且刺激響應(yīng)變色機(jī)制不清晰的限制，該領(lǐng)域的進(jìn)展相對(duì)緩慢。開發(fā)新的光學(xué)納米材料并探索其刺激響應(yīng)機(jī)制對(duì)促進(jìn)刺激響應(yīng)光學(xué)納米材料的設(shè)計(jì)開發(fā)、推動(dòng)智能生物傳感等領(lǐng)域具有重要意義。
 

　　長(zhǎng)余輝納米材料是一種可以利用缺陷結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)光生載流子，而后在外部環(huán)境刺激下持續(xù)發(fā)光的一種光學(xué)材料。具體的來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)余輝缺陷結(jié)構(gòu)中所存儲(chǔ)的載流子在外部刺激下包括光、熱等刺激下，通過(guò)動(dòng)態(tài)地轉(zhuǎn)變或調(diào)節(jié)其缺陷電子結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部環(huán)境做出恰如其分的響應(yīng)，展現(xiàn)出動(dòng)態(tài)可調(diào)的光電性質(zhì)。長(zhǎng)余輝材料的這種獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)使得其非常適合用于開發(fā)環(huán)境刺激響應(yīng)光學(xué)材料。近紅外光具有很強(qiáng)的隱蔽性、強(qiáng)的抗可見(jiàn)光干擾性、深的組織穿透深度等優(yōu)勢(shì)，在復(fù)雜樣本高靈敏度生物傳感、邏輯運(yùn)算與信息加密、光編碼與分子開關(guān)、智能家居等領(lǐng)域受到了廣泛的研究關(guān)注。如何調(diào)控長(zhǎng)余輝納米材料結(jié)構(gòu)，獲得具有對(duì)外部多重環(huán)境響應(yīng)的近紅外長(zhǎng)余輝并探究其機(jī)制對(duì)環(huán)境刺激響應(yīng)型近紅外材料的發(fā)展至關(guān)重要。
 

　　受到自然界中變色龍根據(jù)外部環(huán)境因素進(jìn)行變色偽裝現(xiàn)象的啟發(fā)，該研究基于水熱法成功獲得了具有溫度、濕度多重響應(yīng)的近紅外二區(qū)長(zhǎng)余輝材料Zn1.2Ga1.6Ge0.2O4:Ni2+，并成功用于外部環(huán)境響應(yīng)的信息加密領(lǐng)域。通過(guò)對(duì)該材料進(jìn)行構(gòu)效分析，該研究發(fā)現(xiàn)其近紅外發(fā)光來(lái)源于Ni2+摻雜所引入的新能級(jí)。此外，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)所獲得的近紅外長(zhǎng)余輝光學(xué)材料不僅能響應(yīng)溫度變化，還能對(duì)溶劑刺激作出反應(yīng)。結(jié)果表明，近紅外長(zhǎng)余輝材料持續(xù)性發(fā)光強(qiáng)度在含羥基的溶劑如水(H2O)和乙醇(C2H6O)中降低，而在無(wú)羥基的溶劑如正己烷(C6H14)和二甲基亞砜(C2H6OS)中持續(xù)性發(fā)光強(qiáng)度保持不變?；谘芯拷Y(jié)果，該研究推測(cè)近紅外長(zhǎng)余輝持續(xù)性發(fā)光對(duì)外部溶劑的響應(yīng)是由于特定溶劑中與材料表面氨基的相互作用基團(tuán)的吸附以及隨后的熒光共振能量轉(zhuǎn)移機(jī)制。此外，利用所獲得的多重響應(yīng)近紅外持久發(fā)光材料，該研究進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了多色、動(dòng)態(tài)可逆的環(huán)境響應(yīng)型光學(xué)信息加密，提高了信息加密的安全性。該研究有望為持久發(fā)光材料的光學(xué)性能優(yōu)化提供簡(jiǎn)便方法，為多維動(dòng)態(tài)以及智能化信息加密研究提供新思路。
 

　　該項(xiàng)研究得到了武漢大學(xué)科研公共服務(wù)條件平臺(tái)、武漢大學(xué)人民醫(yī)院、武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院的支持。該項(xiàng)研究獲得了國(guó)家科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、新基石科學(xué)基金會(huì)、中國(guó)博士后科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金、武漢大學(xué)人民醫(yī)院交叉創(chuàng)新人才重點(diǎn)資助項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。