Некруговые полимер–глубоко эвтектические растворительные комплексы с ультрадолгой фосфоресценцией при комнатной и повышенной температуре

Материалы, которые продолжают светиться

Представьте себе мягкий пластик, который продолжает светиться долгое время после выключения УФ‑лампы и делает это даже при повышенной температуре. В этой работе описаны такие материалы, полученные из простых некруговых полимеров и специальных жидких смесей, что открывает новые возможности для светящихся красок, защитных чернил и датчиков без использования металлов или сложных ароматических молекул.

Почему трудно добиться долгого свечения

Многие органические материалы могут светиться, но поддерживать это свечение долго при комнатной температуре непросто. Тип свечения, о котором идет речь — фосфоресценция — опирается на неустойчивые возбужденные состояния, которые легко теряются в виде тепла, особенно когда молекулы могут свободно колебаться или когда материал нагревается. Ранее успехи в основном достигались с помощью жестких ароматических молекул и сложного кристаллического оформления, которое замедляло движение молекул, но такие системы часто не совмещают длительное время свечения с высокой яркостью и стабильностью при высокой температуре.

Преобразование мягкого геля в прочное долго светящееся твердое тело

Исследователи начали с простого водосодержащего геля на основе полиакриламида — распространенного некругового полимера, который сам по себе слабо светится. Затем они заменили воду в геле глубоко эвтектическим растворителем — вязкой жидкостью, образованной смешением двух малых молекул, одна из которых содержит бром. После этой замены они провели «влажную отжиговую» обработку, осторожно нагревая материал при сохранении растворителя. Эта процедура дала полимер–растворительный комплекс, в котором жидкость составляет примерно одну десятую от массы, при этом структура становится более плотной, прочной и прозрачной по мере повышения температуры отжига.

Как сильные связи и бром удерживают свет

Внутри этих комплексов цепи полимера и компоненты растворителя образуют прочные водородные связи, стягивая сеть и уменьшая свободу движения цепей. Микроскопия, рентгеновское рассеяние, инфракрасная спектроскопия и низкопольная ЯМР показывают, что материал меняется от пористой, слабо связанной структуры к более компактной, слоистой структуре с сильно связанным растворителем. На молекулярном уровне расчеты указывают, что бром в растворителе значительно повышает вероятность перехода возбужденных молекул в долгоживущее состояние, ответственное за фосфоресценцию, а прочные связи препятствуют быстрому распаду этих состояний. В результате лучший образец демонстрирует видимый послесвечение до 9,5 секунд, время жизни фосфоресценции при комнатной температуре более 600 миллисекунд и относительно высокую долю поглощенной энергии, переизлученной в виде света.

Сияние сохраняется даже при нагреве

Удивительно, но оптимизированный комплекс продолжает светиться при повышенных температурах. При 120 °C он по‑прежнему показывает послесвечение, заметное невооруженным глазом, с временем жизни фосфоресценции около 0,37 секунды — результат, ранее не зарегистрированный для некруговых систем. Испытания в многочисленных циклах нагрева и охлаждения показывают лишь незначительную потерю времени свечения, и материал сохраняет свои свойства в некоторых органических растворителях. Рентгеновские и инфракрасные измерения при нагреве показывают, что общая структура и ключевые водородные связи остаются в основном неповрежденными до примерно 120 °C, разрушаются только при более высоких температурах, где свечение в конце концов исчезает.

От секретных сообщений до общего рецепта

Авторы продемонстрировали, что полоски комплексов, отожженные при разных температурах, могут хранить скрытые узоры, которые проявляются лишь кратко после выключения УФ‑света или при определенных температурах. Например, фоновый рисунок остается видимым, в то время как второе сообщение появляется на несколько секунд и затем исчезает, или может быть окончательно стерто нагревом, создавая «прочитано — сжечь» функции безопасности. Подменяя другие глубоко эвтектические растворители и даже другие полимеры, они показали, что тот же базовый рецепт дает семейство некруговых светящихся материалов, при этом растворители, содержащие бром, обеспечивают самое сильное и долгое свечение.

Что означает этот прогресс

Проще говоря, исследование показывает, как превратить обычный некруговой полимерный гель в прочное твердое тело, которое долго светится при комнатной и повышенной температуре, пропитав его специальным растворителем и осторожно нагрев. Растворитель и полимер «схватываются» друг с другом, бром способствует образованию долгоживущих возбужденных состояний, а жесткая сеть защищает эти состояния от уничтожения тепловыми флуктуациями. Это предлагает практичную, не требующую металлов платформу для долго светящихся материалов, которую можно настраивать для применения в антиподделке, хранении информации и будущих оптоэлектронных устройствах.

Цитирование: Zhong, X., Bai, Y., Qiao, G. et al. Nonaromatic polymer-deep eutectic solvent complexes with ultralong room-temperature and high-temperature phosphorescence. Nat Commun 17, 4399 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71041-7

Ключевые слова: фосфоресценция, светящиеся в темноте материалы, полимерные гели, глубоко эвтектические растворители, защитная печать