自16世紀發現熒光現象以來，長余輝材料在顯示、傳感等領域應用廣泛。然而，傳統工程塑料（如聚對苯二甲酸乙二醇酯，PET）因三重態激子在常溫下快速發生非輻射衰減，幾乎無法產生持久余輝。盡管近年來分子工程策略通過重原子摻雜或特殊結構設計實現了室溫磷光（RTP）聚合物，但其余輝壽命仍局限于毫秒至秒級，遠低于可達數小時的無機材料。如何延長聚合物余輝壽命，成為材料科學領域的重大挑戰。

中山大學梁國棟副教授團隊提出一種與工業工程兼容的分子摻雜策略，成功制備出余輝持續時間超24小時的塑料。研究以芳香塑料PET為基質（電子受體），通過熔融共混技術摻入螺芴衍生物DCSF（電子供體及發色團）。所得材料在常溫下呈現綠色余輝持續24小時以上，4℃低溫環境余輝更長達100小時，刷新聚合物余輝壽命紀錄。該材料可被自然陽光激活，在空氣中維持5小時可見綠光，同時兼具優異柔韌性與透明度，為柔性顯示及可穿戴設備提供新可能。

設計策略與規模化制備

研究團隊受無機長余輝材料啟發（圖1a），提出聚合物中供體/受體（D/A）激基復合物形成機制（圖1b）。以工業級PET為基質，DCSF為摻雜劑，通過熔融共混→造粒→熱壓三步工藝實現規模化生產（圖1c）。所得塑料在紫外光關閉后仍發出強烈綠光（圖1d），化學結構顯示PET的酯基為電子受體，DCSF的咔唑單元為電子供體（圖1e）。

圖 1.持續小時級余輝（HLA） 塑料的設計策略和可擴展制造。

光學性能與日光激活特性

DCSF/PET在365 nm紫外激發下發射藍光（466 nm），停止激發后轉為505 nm綠光余輝（圖2a）。光譜分析證實余輝源自電荷轉移（CT）態，延遲60秒后仍清晰可測（圖2b）。衰減動力學符合Debye-Edwards定律（I∝t??），揭示電荷復合主導余輝過程（圖2c）。材料在350–430 nm寬譜激發下均激活余輝，峰值位于390 nm（圖2d–f）。最大突破在于日光激活能力：陽光照射5分鐘后，余輝強度提升千倍，肉眼可見綠色發光持續5小時（圖2h,i）。

圖 2.摻雜塑料HLA的光致發光性能。

余輝機制的關鍵證據

紫外光譜顯示DCSF/PET在370 nm處吸收峰紅移，400–700 nm出現寬尾吸收，證實D/A間強相互作用（圖3a）。紫外照射后，467 nm和498 nm處出現PET陰離子自由基特征峰（圖3b）。飛秒瞬態吸收光譜捕獲激基復合物形成（0.1 ps）、振動弛豫（44.7 ps）及電荷分離（4.1 ns）三階段動力學（圖3c–e）。電子自旋共振（ESR）信號直接檢測到自由基生成（圖3f），驗證了“光激發→D/A復合物解離→自由基擴散→復合發光”機制。

圖 3.摻雜塑料 HLA 的機制洞察。

理論計算揭示分子作用機制

量子力學/分子力學（QM/MM）模擬顯示DCSF與PET鏈間距僅2.47–3.85 ?（圖4c），存在π-H-O短程作用力，固定激基復合物并抑制非輻射衰減。傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）中C-H（3070 cm?1）和C=O（1718 cm?1）振動峰位移進一步證實分子間相互作用。TD-DFT計算表明：HOMO定域于DCSF的咔唑單元，LUMO位于PET對苯二甲酸酯（圖4d），電荷轉移是余輝的核心驅動力。

圖 4.機制研究的理論計算。

分子結構調控規律

通過對比不同電子供體（DCSF、NPC、SP、CZ）的性能（圖5a–c），發現DCSF/PET余輝最強。其優勢源于螺芴-咔唑雙功能結構：供體HOMO與受體LUMO能級差（ΔE）為2.5 eV時余輝最優（圖5d,e），供體電離能越低（6.2 eV）越易形成陽離子自由基（圖5f）。靜電勢分析顯示DCSF氮原子（-19.15 kcal/mol）與PET氧原子（-32.27 kcal/mol）形成強氫鍵網絡（圖5g），顯著提升材料穩定性。

圖 5.電子供體對 HLA 的影響。

柔性顯示與可穿戴應用

利用材料透明柔韌特性，團隊開發出可重復擦寫的柔性顯示器（圖6a）：紫外照射1分鐘刻錄"SYSU"圖案，關燈后綠色余輝肉眼可見1小時（圖6b）。余輝纖維編織的衣物同樣顯示發光文字（圖6c,d）。材料在空氣和水中儲存兩月后性能不變，氫鍵網絡有效阻隔環境氧/水侵蝕。

圖 6.HLA 塑料的多種 應用。

未來展望：開啟長效余輝材料新紀元

該研究通過簡易熔融共混技術，首次實現工業化兼容的24小時余輝塑料。日光激活特性、超長壽命與柔性透明優勢，使其在柔性顯示、可穿戴設備等領域極具應用潛力。團隊揭示的能級調控規律（ΔE與電離能）為設計下一代長余輝材料提供理論藍圖。隨著規模化生產的推進，這種"夜光塑料"有望革新信息顯示與智能穿戴技術，引領有機光學材料進入全新發展階段。

來源：高分子科學前沿

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