近年來，超長有機磷酸鹽（UOP）引起了廣泛的關注。UOP材料主要限于晶體或剛性主對象體系，但其較差的加工和力學性能嚴重阻礙了其實際應用。
在這裡，來自南京工業大學安生府新興材料科學中心的研究人員，石田康弘，東京大學Takuzo Aida，西北工業大學和南京工業大學成員黃偉，報道了一系列具有高力學強度的超長磷光泡沫。泡沫在室溫下具有485.8 ms的磷光壽命。該論文發表在《化學學會雜志》上，标題為"具有高機械強度的超長有機有機20香泡沫"。
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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c07674
超長有機磷酸鹽（UOP），一種持久而有趣的光學現象，在激發源被移除後持續數秒，數分鐘甚至數小時。近年來，UOP材料以其壽命長、斯托克斯位移大、使用率高、成本低、制備友善等特點而備受關注。特别是，在先進的資訊安全、高對比度生物成像和高靈敏度光學傳感方面具有巨大的潛力。近年來，研究人員提出了一系列開發UOP材料的方法，如結晶，主要對象摻雜和聚合。晶體工程和主對象摻雜是獲得良好UOP的有效政策。已經報道了許多UOP材料，包括單組分有機固體，主要物體系統，聚合物，碳點，金屬有機架構材料等。值得注意的是，在提高無金屬磷光粉的熒光性能方面已經做了很多工作。例如，發射顔色可以從藍色合理地調整為紅色。餘輝發射持續7小時。磷的效率為52%，也可以被X射線，可見光或紅外光激發。然而，對于晶體或剛性主物體系統，其脆性和晶體誘導的粉末行為極大地阻礙了實際應用。據了解，研究人員尚未考慮UOP材料的力學。
骨頭和木材作為天然産物，具有出色的機械性能，由薄壁和大孔徑組成（圖1a）。例如，骨骼是堅硬的，由脆弱的礦物質（鈣和磷酸鹽）、水和蛋白質組成。這種蛋白質主要是膠原蛋白。與配位氫鍵互相作用的單個膠原蛋白分子在分子尺度上自組裝成堅硬而強大的纖維，這對于高機械強度非常重要。受到硬質生物材料獨特的剛度和強度的啟發，研究人員分析了自組裝纖維。明膠作為降解膠原蛋白的異質材料，由于膠原纖維的溶解性差而具有特定的共價交聯，是以具有較大的多分散性。在水凝膠中，明膠低聚物緊密纏繞在一起形成有序的三螺旋段。這三個螺旋段将在冷凍幹燥過程中定向，以提高機械強度。是以，明膠泡沫是一種具有高機械強度的有前途的材料。此外，多位氫鍵有利于限制非輻射躍遷，産生超長磷光。然而，迄今為止尚未研究明膠的光實體性質。
圖1（a）骨骼和木材及其微觀結構圖。（b） 生物聚合泡沫。上衣：超硬輕質明膠泡沫，葉片磷光壽命長。
在這裡，研究人員報告了一系列具有超長磷光和高機械強度的輕質明膠泡沫。明膠泡沫，由365nm燈激發，可發出黃綠色超長磷光，在室溫下肉眼觀察幾秒鐘即可。泡沫的壽命達到485.8ms。此外，明膠泡沫具有取決于激發波長的磷光發射。明膠水凝膠，在0.15 g mL-1的濃度下制備的異源明膠泡沫具有很高的機械強度。比壓縮壓力高4.44兆帕。明膠泡沫作為晶體磷光材料的一部分，具有重量輕、含量豐富、可生物降解、無毒、易制備成大體積材料等優點，可用于安全鑒定、大規模展示、大規模鑒定等領域，在極端環境下具有很大的應用潛力（圖1b）。
圖2 明膠泡沫的制備和微觀結構表征。
圖3 芳香明膠泡沫的光實體和壓縮性能。
圖4 研究人員提出了明膠固體在環境條件下長壽命磷光的機理。
圖5 其他聚合物泡沫。
綜上所述，研究人員首先通過控制水凝膠冷凍過程中冰晶的生長，制備了一系列超長磷光泡沫。明膠水凝膠制備的異源明膠泡沫在0.15 g mL-1的濃度下激發365 nm黃綠色超長磷，在環境條件下的壽命可達485.8 ms。此外，明膠泡沫具有激發依賴性的磷光發射，發射顔色從藍色到黃色不等。令人印象深刻的是，明膠泡沫具有超強的力學性能，壓縮壓力為4.44 MPa。實驗資料和理論計算表明，超長磷光來源于氫鍵固定的铌基團簇。
這些結果将擴大發光多孔材料的範圍，從脆性，不可加工，化學不穩定的晶體，到易于加工，高機械強度，最終具有生物相容性和環保的聚合物。（文本：水生）
本文摘自微信公衆号《材料科學與工程》。歡迎轉載請聯系，未經許可拒絕轉載至其他網站。