室溫磷光（RTP）彈性體 因其在柔性電子、防偽和信息存儲領域的應用潛力備受關注。然而，現有材料始終面臨“發光性能”與“力學韌性”難以兼顧的瓶頸：高發光效率的RTP材料通常依賴晶體、粉末或剛性基質，韌性不足（普遍低于100 MJ/m3）；而彈性體摻雜體系在機械變形時，因發光團微環境失穩導致磷光強度驟降。盡管已有研究通過共價鍵合或嵌段共聚物設計嘗試突破，但最高量子產率（27.2%）與韌性（15.9 MJ/m3）仍無法同時達標。

常州大學楊宏軍副教授、華南理工大學張廣照教授和北京師范大學王考進博士合作，成功制備出兼具超高發光效率和超凡力學性能的室溫磷光彈性體。該材料通過將脲基團作為發光體嵌入聚氨酯硬段，構建多重氫鍵網絡，實現了72.1%的絕對量子產率（當前紀錄）和1079毫秒的磷光壽命，同時展現出299.9 MJ/m3的韌性（傳統RTP材料的20倍以上）。其拉伸強度達58.3 MPa，斷裂伸長率1160%，且在經歷1100%極限應變或100次拉伸-恢復循環后，發光性能保持不變。這一協同突破為柔性電子與高安全性信息存儲提供了新平臺。

材料設計與發光機制

研究采用兩步法合成策略（圖1）：首先利用聚四氫呋喃二醇（PTHF）與馬來酸酐（MA）和異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）反應生成預聚物，再通過水擴鏈形成富含氨基甲酸酯、脲基和脲單元的共聚物（PITM）。IPDI中伯/仲異氰酸酯基團的活性差異確保了硬段均勻分布，而脲基團作為本征發光源，在365 nm紫外光激發下產生藍色熒光，關閉光源后呈現持續藍光余輝（圖2a）。通過調控脲基含量（5.57–11.76 wt.%），PITM薄膜分辨率高達20線對/毫米（圖2b），滿足高精度信息加密需求。

圖1. PITM彈性體的制備示意圖。

光激活特性與穩定性

連續紫外照射顯著增強PITM的磷光性能：30秒照射后，余輝壽命從0.5秒延長至4秒，延遲發射強度提升17倍，磷光壽命從421毫秒增至858毫秒（圖2c,d）。此光激活態在室溫下可穩定維持50分鐘，但加熱后迅速恢復初始態（圖2e）。電子自旋共振（ESR）證實三重態激子生成（圖2f），且經歷100次激活-失活循環后發光強度無衰減（圖2g），量子產率與壽命均遠超無脲基對照組（圖2h,i）。

圖2. a) PIT 和 PITMs 薄膜在 365 nm (5 mW cm?2) 紫外光照射激活 30 秒前后的光致發光和余輝圖像； b) 使用 1951 USAF 測試靶標測量的 PITM2 薄膜最高分辨率，對應 20 線對/毫米 (lp mm?1)； c,d) PITM2 在 365 nm (5 mW cm?2) 紫外光照射下，延遲發射光譜（延遲 1 毫秒）和磷光壽命衰減曲線隨時間間隔的變化； e) 激活態 PITM2 的延遲發射光譜隨時間間隔的變化； f) PITM2 在存在 2,2,6,6-四甲基哌啶 (TEMP) 的條件下，在空氣中經 365 nm (5 mW cm?2) 紫外光照射，其電子自旋共振 (ESR) 光譜隨時間間隔的變化； g) PITM2 的發射強度（延遲 1 毫秒）隨激活-失活循環次數的變化； h) PIT 或 PITM 薄膜的量子產率 (QYs) 和 i) 磷光壽命。

力學性能與形變穩定性

PITM彈性體表現出卓越力學性能（圖3a,b）：最優樣品PITM?拉伸強度58.3 MPa、韌性299.9 MJ/m3（真實斷裂應力達730.7 MPa），50毫克薄膜可承受10公斤重物（圖3c）。其玻璃化轉變溫度低至-55°C，熱分解溫度高于280°C，保障了寬溫域適用性。關鍵突破在于力學形變不影響發光——即使拉伸至1100%，余輝亮度仍保持穩定（圖3f）；100次拉伸-恢復循環后，延遲發射強度保留102.7%，磷光壽命維持849毫秒（圖3g,h）。材料還具備可回收性：150°C熱壓2分鐘后，力學與發光性能完全恢復（圖3i）。

圖3. a) PIT 和 PITMs 的應力-應變曲線； b) PIT 和 PITMs 的楊氏模量和韌性； c) PITM2 彈性體條帶（約 50 mg）舉起 10.0 kg 重物的照片； d) PITM2 在 600% 應變下進行 10 次循環拉伸測試后的應力-應變曲線； e) PITM2 在 600% 應變下進行 10 次循環拉伸測試后的楊氏模量； f) 使用萬能試驗機拉伸過程中 PITM2 的余輝照片； g) PITM2 在多次拉伸循環后的磷光壽命； h) PITM2 在多次拉伸循環后的磷光強度； i) PITM2 反復重鑄后各項性能的變化。

圖4. a) 脲基團，b) 脲基團，和 c) 氨基甲酸酯基團的與 Sn 和 Tn 態相關的能級圖及自然躍遷軌道 (NTOs)。

多重氫鍵與微相分離機制

性能提升的根源在于脲基團誘導的多重氫鍵網絡（圖5a）。FTIR分析顯示PITM?中氫鍵結合C=O占比高達76.9%（對照組PIT僅48.6%），顯著提升分子間作用力（圖5b）。小角X射線散射（SAXS）和原子力顯微鏡（AFM）證實硬段-軟段微相分離結構（圖5c-e），周期性距離7.2–10.5 nm，且呈各向同性分布。分子動力學模擬進一步揭示：含脲基的PITM硬段氫鍵數量（6.1/鏈段）遠高于PIT（1.9/鏈段），內聚能密度提升8.4%（圖5f,g）。拉伸時軟段承擔主要形變，氫鍵硬段構成的剛性微環境保持穩定，使發光團間距幾乎不變（圖6），從而保障應變不敏感性。

圖5. a) PITM2 和 b) PIT 在 C=O 伸縮振動區域的傅里葉變換紅外光譜 (FTIR)； c) PIT 和 PITMs 的一維 (1D) 小角 X 射線散射 (SAXS) 譜圖； d) PIT 和 PITMs 的二維 (2D) SAXS 圖案； e) PIT 和 PITMs 的原子力顯微鏡 (AFM) 相圖，其中暗區代表軟相，亮區代表硬相； f) PITM 和 g) PIT 結構的全原子分子動力學 (MD) 模擬。

圖6. 彈性體在拉伸-恢復過程中微相分離和形變的示意圖。

應用演示

團隊展示了材料的實用潛力（圖7）：通過掩膜紫外曝光，在PITM薄膜上實現高分辨率圖案加密——日光下隱形，撤去紫外光源后顯示清晰圖像，且加熱可擦寫重復使用（圖7a）。利用材料超彈性，拉伸狀態下寫入的圖案在恢復原狀時被壓縮存儲，再次拉伸即可解壓讀?。▓D7b）。此外，基于72.1%的高量子產率，開發出柔性藝術燈具，折疊時亮度不變，0.5米距離亮度達69 cd/m2（圖7c）。

圖7. a) 光刻信息加密和 b) 光刻數據存儲與壓縮，在 365 nm 紫外光 (5 mW cm?2) 下曝光 30 秒記錄?？ㄍ▓D案和數字圖案的尺寸分別為 8 × 8 mm 和 8.5 × 6 mm； c) 使用 PITM 制造高亮度藝術燈。

總結與展望

該研究通過脲基團與多重氫鍵協同策略，成功創制出兼具創紀錄磷光效率（72.1% QY）與超高韌性（299.9 MJ/m3）的室溫磷光彈性體，攻克了力學形變導致發光衰減的長期難題。其光激活可控性、可回收性及極端應變下的穩定性，為柔性電子、動態信息加密與智能存儲系統開辟了新路徑。

來源：高分子科學前沿

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