【儀表網 研發快訊】近日，《先進材料》(Advanced Materials)在線發表了我校化學與分子科學學院袁荃教授在環境響應型近紅外長余輝光學材料領域的研究成果，論文題目為“Bio-inspired multiple responsive NIR II nanophosphors for reversible and environment-interactive information encryption”。武漢大學為論文第一署名單位和通訊作者單位，武漢大學化學與分子科學學院2021級博士研究生賀天培為論文的第一作者。武漢大學袁荃教授以及陳娜博士為該論文的通訊作者。
自然界中，生命體為適應生存外部變化的環境進化出了一系列外部刺激響應的現象，通過響應外部信號的變化，適應生存環境，進而提高生存率。例如我們熟知的變色龍可通過改變細胞中納米級的鳥嘌呤晶體結構，影響光的干涉和衍射，進而實現出顏色的變換，不僅僅可以實現偽裝，還可以作為群體間信息交流的工具進行種間交流。近年來，受自然界啟發，研究者們在外部環境刺激響應的光學納米材料開發領域開展了大量的工作，這些材料可以在光、熱、pH等外部條件刺激下產生光學信號的變化，在生物傳感、光學通訊、信息加密、智能家居等領域具有廣泛的應用。然而，受到刺激響應材料類型有限且刺激響應變色機制不清晰的限制，該領域的進展相對緩慢。開發新的光學納米材料并探索其刺激響應機制對促進刺激響應光學納米材料的設計開發、推動智能生物傳感等領域具有重要意義。
長余輝納米材料是一種可以利用缺陷結構存儲光生載流子，而后在外部環境刺激下持續發光的一種光學材料。具體的來說，長余輝缺陷結構中所存儲的載流子在外部刺激下包括光、熱等刺激下，通過動態地轉變或調節其缺陷電子結構，實現對外部環境做出恰如其分的響應，展現出動態可調的光電性質。長余輝材料的這種獨特的光學性質使得其非常適合用于開發環境刺激響應光學材料。近紅外光具有很強的隱蔽性、強的抗可見光干擾性、深的組織穿透深度等優勢，在復雜樣本高靈敏度生物傳感、邏輯運算與信息加密、光編碼與分子開關、智能家居等領域受到了廣泛的研究關注。如何調控長余輝納米材料結構，獲得具有對外部多重環境響應的近紅外長余輝并探究其機制對環境刺激響應型近紅外材料的發展至關重要。
受到自然界中變色龍根據外部環境因素進行變色偽裝現象的啟發，該研究基于水熱法成功獲得了具有溫度、濕度多重響應的近紅外二區長余輝材料Zn1.2Ga1.6Ge0.2O4:Ni2+，并成功用于外部環境響應的信息加密領域。通過對該材料進行構效分析，該研究發現其近紅外發光來源于Ni2+摻雜所引入的新能級。此外，研究結果發現所獲得的近紅外長余輝光學材料不僅能響應溫度變化，還能對溶劑刺激作出反應。結果表明，近紅外長余輝材料持續性發光強度在含羥基的溶劑如水(H2O)和乙醇(C2H6O)中降低，而在無羥基的溶劑如正己烷(C6H14)和二甲基亞砜(C2H6OS)中持續性發光強度保持不變。基于研究結果，該研究推測近紅外長余輝持續性發光對外部溶劑的響應是由于特定溶劑中與材料表面氨基的相互作用基團的吸附以及隨后的熒光共振能量轉移機制。此外，利用所獲得的多重響應近紅外持久發光材料，該研究進一步實現了多色、動態可逆的環境響應型光學信息加密，提高了信息加密的安全性。該研究有望為持久發光材料的光學性能優化提供簡便方法，為多維動態以及智能化信息加密研究提供新思路。
該項研究得到了武漢大學科研公共服務條件平臺、武漢大學人民醫院、武漢大學化學與分子科學學院的支持。該項研究獲得了國家科學技術部、國家自然科學基金委、新基石科學基金會、中國博士后科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金、武漢大學人民醫院交叉創新人才重點資助項目的經費支持。
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