中国海洋大学在有机主客体应力发光研究领域取得新进展

 近日，中国海洋大学信息科学与工程学部物理与光电工程学院张君诚教授团队在Cell Press（细胞出版社）旗下国际权威期刊Matter（《物质》）上发表了题为“Efficient, Reproducible, and Thermally Enhanced Organic Host-Guest Mechanoluminescence from TADF Emitters”（基于TADF发光体的高效、可重复且热增强的有机主客体应力发光）的研究论文。该研究提出了一种构建高性能有机主客体应力发光体系的新策略，在整个可见光谱范围内实现了高效、可重复且热增强的应力发光，并揭示了其内在发光机制，同时展示了其在抗热猝灭应力分布成像、可重复使用的可穿戴器件以及结构健康状态实时监测等方面的应用潜力。

图1. 基于热激活延迟荧光客体的有机主客体应力发光机理示意及其高性能应力发光表现

有机应力发光是指有机发光材料在机械刺激作用下产生光发射的现象。与传统光激发或电激发方式不同，应力发光以机械力作为能量输入，无需外加电场或光源，具有环境友好、实时可视化响应等优势，同时，有机材料在分子设计与合成、加工简便、柔韧性以及低毒性等方面具有天然优势，使其在应力传感、压敏显示、可穿戴器件、信息加密以及结构健康监测等领域展现出广阔应用前景。然而，以传统荧光分子为核心的有机应力发光体系虽然具备颜色可调和结构设计灵活等优势，但仍面临发光效率较低、信号易发生热猝灭以及循环受力过程中晶体破坏导致发光重复性不足等问题。这些因素不仅影响器件的实际应用性能，也在一定程度上阻碍了对有机应力发光稳定机制的深入理解。

针对上述瓶颈，研究团队提出一种以客体为核心的设计策略：引入热激活延迟荧光（TADF）客体并结合压电主体，构建高性能有机主客体应力发光体系（图1）。以绿光TADF分子4CzIPN为代表构建的材料体系在连续数百次压缩循环中表现出高度可重复的应力发光响应。与传统荧光客体体系相比，该体系的应力发光强度显著提升，并表现出优异的抗热猝灭性能。晶体形貌研究表明，在循环压缩过程中晶粒能保持完整，从而维持主体稳定的机电响应，为可重复应力发光提供结构基础。瞬态光物理测试与理论计算表明，TADF客体能够增大主体偶极矩以增强机电耦合，并通过主客体三重态能级匹配与电荷转移过程有效利用三重态激子，从而显著提高激子利用率。进一步将该策略拓展至蓝光和红光TADF发射体，实现了整个可见光范围内的光谱可调应力发光。此外，该材料体系已在热稳健的应力成像、可穿戴应力传感及结构健康实时监测等方面进行了应用展示（图2），为发展新一代智能发光与无源传感技术提供了重要思路。

图2. 所开发的有机主客体应力发光体系在不同应用场景中的展示

中国海洋大学为该成果的唯一通讯单位。2023级硕士研究生齐妍和刘建君副教授为论文第一作者，刘建君副教授和张君诚教授为论文通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金、山东省泰山学者青年专家计划以及山东省自然科学基金等项目的资助。

Matter（《物质》）是Cell Press（细胞出版社）于2019年创办的跨学科材料科学期刊，与Cell（《细胞》）、Chem（《化学》）、Joule（《焦耳》）同属姊妹期刊体系，主要报道材料科学及其与物理、化学等学科交叉的前沿研究，在材料科学及凝聚态物理相关研究领域具有重要学术影响力。

文：徐君岭

文章链接：https://www.cell.com/matter/abstract/S2590-2385(26)00061-5