非芳香性聚合物—深共熔溶剂复合材料具备超长常温与高温磷光

长时间持续发光的材料

想象一种软质塑料，在紫外灯关掉很久之后仍持续发光，而且在高温下也保持发光。本研究报道了用简单的非芳香性聚合物和特殊液体混合物制成的此类材料，为发光涂料、防伪墨水和传感器提供了新选择，而无需依赖金属或复杂的芳香分子。

为何要实现长寿命发光很难

许多有机材料可以发光，但在室温下长期保持亮光具有挑战性。本研究探索的这种发光形式称为磷光，依赖于脆弱的激发态，这些激发态容易以热量损失，尤其当分子可以自由摆动或材料变热时。以往的成功大多依赖刚性芳香分子和精细的晶体工程来减缓分子运动，但这些体系往往难以同时兼顾长余辉、高亮度以及在高温下的稳定性。

把软凝胶变成坚韧的长余辉固体

研究人员从一种富水的聚丙烯酰胺凝胶出发，聚丙烯酰胺是一种常见的非芳香聚合物，本身仅弱弱发光。他们随后用一种深共熔溶剂替换凝胶内的水，这种粘稠液体由两种小分子混合而成，其中一种含溴。在溶剂置换后，于溶剂仍在体系中时进行“湿退火”——对材料温和加热。该处理生成了一个聚合物—溶剂复合体，其中仅约十分之一的重量为液体，但随着退火温度升高，结构变得更致密、更坚韧并且更透明。

强键合与溴如何锁住光

在这些复合体内部，聚合物链与溶剂组分形成强氢键，收紧网络并减少链段的自由运动。显微镜、X射线散射、红外光谱和低场核磁共振均显示材料由多孔、松散结合的网络转变为更紧凑、分层并与溶剂强烈结合的结构。在分子层面上，计算表明溶剂中的溴显著提高激发分子跃迁到产生磷光的长寿命态的概率，同时强键合使这些态衰减得更慢。因此，最佳样品在可见范围内的余辉可达9.5秒，室温下寿命超过600毫秒，且具有相对较高的吸收能量再发射为光的比例。

即便在高温下也能发光

令人惊讶的是，经优化的复合体在升温时仍能发光。在120 °C时，它仍呈现肉眼可见的余辉，磷光寿命约为0.37秒——这在非芳香体系中尚未见报道。多次加热和冷却循环测试仅显示发光时间小幅下降，且该材料在某些有机溶剂中也能保持其行为。原位加热时的X射线和红外测量表明，整体结构和关键的氢键在约120 °C之前大体保持完整，仅在更高温度下才开始破坏，余辉最终消失。

从隐秘信息到通用配方

团队演示了经不同温度退火的复合条可储存仅在紫外光移除后短暂显现或在特定温度下出现的隐藏图案。例如，背景图案持续可见，而第二条信息在几秒内出现后消失，或可通过加热永久抹去，形成“阅后即焚”的防伪特性。通过替换其他深共熔溶剂乃至其他聚合物，他们表明相同的基本配方可产生一系列非芳香发光材料，其中含溴溶剂赋予最强且持续时间最长的发光。

这一进展的意义

简而言之，该研究展示了如何通过将普通非芳香性塑料凝胶浸泡在特殊溶剂中并温和加热，将其转变为在室温和高温下均能长期发光的坚韧固体。溶剂与聚合物相互结合，溴有助于产生长寿命的激发态，而刚性网络保护这些激发态免受热淬灭。这为不含金属的长效夜光材料提供了实用的平台，可用于防伪、信息存储和未来的光电器件等可调用途。

引用: 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

关键词: 磷光, 夜光材料, 聚合物凝胶, 深共熔溶剂, 防伪印刷