光诱导的柔性有机晶体自由基发光

会弯曲并发光的晶体

设想一根头发般细的晶体，你可以像弹簧一样弯曲它，同时它沿长度明亮地引导光线。这项研究展示了化学家如何使通常脆弱的有机晶体在紫外光照射下既能弯曲又能发光，为可穿戴传感器、软体机器人和微小光电电路开辟了新途径。

为何柔性发光晶体重要

柔性电子学和光学有望实现可弯曲显示器、类似皮肤的健康监测器以及能与人柔和互动的软体机器。有机单晶是有吸引力的构件，因为它们能非常高效地传导光和电。然而，大多数此类晶体像玻璃一样易碎，而且在它们中加入发光自由基尤其困难，因为自由基在空气中通常不稳定，并且在密集堆积时会失去发光性。

一种光触发的发光配方

研究人员设计了一种名为 NPBr 的小分子，它能形成长而针状的晶体。起初，这些无色晶体在紫外光下几乎不发光。然而，当团队在空气中用紫外光照射几分钟后，晶体逐渐变黄并开始发出强烈的蓝光，亮度约增加六十倍。精密测量显示在蓝色谱区出现强烈的新发射，同时将吸收光转换为发射光的效率很高，与许多已知的自由基发射体相当或更好。

被锁定的隐蔽自由基

为了解晶体内部发生了什么变化，科学家结合了核磁共振、色谱、电自旋测量和计算机计算。他们发现紫外光会温和地断裂一小部分 NPBr 分子，在晶体内部产生以氧为中心的自由基。这些自由基是真正的光源，负责明亮的蓝色发光。由于它们以极小的量形成并被周围晶体的刚性空位束缚，因而不能轻易移动或复合，因此在室温下至少能稳定并发光一个月。这种行为类似自掺杂过程，晶体在不破坏整体结构的情况下悄然自生出发光位点。

晶体如何在不破裂的情况下弯曲

同样引人注目的是，这些充满自由基的晶体仍保持高度柔性。长的 NPBr 针状晶体可以弯曲超过半圆，当力移除后又能多次弹回直线形状。X 射线研究揭示了原因：分子按有序的一维链堆叠，通过芳香平面单元、氢原子及溴和氧原子之间的温和相互作用相互结合。在弯曲过程中，这些堆积之间的距离会略微调整，允许晶体外侧拉伸而内侧压缩，同时层间保持锁定状态。这种由弱相互作用构成的复杂网络分散了应力并防止了裂纹的产生。

即便弯曲也能工作的光导

因为晶体发光强烈，团队还将其作为微型光导进行了测试。当沿直晶体的某一处仅有一个点被紫外激光激发时，光沿内部传播并在末端更明亮地泄出，表明晶体像微小的光纤一样工作。研究人员量化了每毫米的光损耗，发现直晶体的损耗非常低，即便将同一晶体强力弯曲，损耗也仅有适度增加。这意味着该材料可以在曲线周围传输光而几乎不衰减，这是柔性光子电路的重要特性。

这项工作对未来的意义

通过使用光在柔性主晶体内创建并捕获少量发光自由基，这项研究将机械柔软性与稳定的自由基发光在简单的一步过程中结合起来。对非专业读者而言，重要的信息是：我们现在可以用紫外照射和巧妙的分子设计制造微小的、可弯曲的晶体，它们既能发光又能引导光。这类材料有望成为未来贴合皮肤、服装或精密仪器的柔性光电器件的构建模块。

引用: Zhang, X., Pan, W., Tang, Y. et al. Photoinduced radical emission from flexible organic crystals. Light Sci Appl 15, 240 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02208-6

关键词: 柔性有机晶体, 自由基发光, 光学波导, 光诱导发射, 有机光电子学