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室温磷光材料（RTP）应用广泛，但微纳材料通过静电相互作用增强磷光发射鲜有报道。研究人员以 μPS 和 μUF 为例展开研究，发现二者静电作用可增强 μUF 磷光性能，且该作用具有普适性，为磷光材料调控开辟新道路。
在材料科学的奇妙世界里，室温磷光材料（RTP）凭借着长寿命磷光和大斯托克斯位移等独特优势，在照明、显示、化学传感、生物成像以及防伪加密等众多领域大显身手。传统的长余辉磷光材料常依赖过渡金属离子或稀土离子，这不仅要对矿产资源进行加工，还会对环境造成不可逆的破坏。于是，纯有机室温磷光（PRTP）材料凭借原材料来源广泛、低毒性和良好的加工性能，成为了极具竞争力的新型磷光材料。
然而，PRTP 材料也并非十全十美。为了进一步提升其磷光发射效率，科研人员们绞尽脑汁。虽然此前有通过提高系间窜越（ISC）速率、抑制三重态激子的非辐射跃迁和猝灭等方法来改善性能的尝试，也取得了一定成果，但动态可调的磷光材料却依旧罕见。而且，除了对氧气、水等猝灭因素的响应有所研究外，材料其他的磷光响应特性还未被深入挖掘。这一方面是由于缺乏对磷光性能调控的理论指导，另一方面则是因为缺少能让 PRTP 材料实现动态响应的加工方法。在这样的背景下，探索磷光材料的动态响应行为迫在眉睫，这对于拓展磷光材料的应用范围和提升应用效果意义重大。
天津大学化工学院等机构的研究人员勇敢地迎接了这一挑战。他们聚焦于微纳材料，深入研究静电相互作用对其磷光性能的影响。研究发现，通过将聚苯乙烯微球（μPS）和脲醛磷光树脂微球（μUF）混合，能显著增强 μUF 的磷光性能。这种增强源于 μPS 和 μUF 表面电位相反，产生了强烈的静电相互作用。在静电作用下，μUF 中的客体分子发生极化，与基质的结合力增强，有效抑制了非辐射跃迁，进而促进了磷光发射。更为重要的是，研究证实这种静电相互作用在提升微纳复合材料磷光性能方面具有良好的普适性。这一研究成果发表在《Nature Communications》上，为磷光材料的调控提供了全新的思路，也为开发更高效、可调节的磷光材料奠定了坚实基础。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。利用荧光分光光度计测量光致发光光谱、延迟光致发光光谱和磷光寿命衰减曲线；借助傅里叶变换红外光谱仪（FT - IR）和13C 固态核磁共振（13C-SSNMR）对分子结构进行表征；通过开尔文探针力显微镜（KPFM）观察表面电位分布；运用量子化学计算和有限元模拟探究磷光增强机制。
下面来看具体的研究结果：
- μPS 和 μUF 复合材料的磷光增强：通过分散聚合制备了 μPS 和 μUF 两种表面光滑的聚合物微球。μUF 在 361nm 处有荧光发射，432nm 处有磷光发射，磷光寿命τp为 41ms ，而 μPS 无磷光发射。当 μPS 与 μUF 混合后，复合材料的磷光强度随二者质量比变化，在质量比为 2:1 时达到最大，τp也从 41ms 延长至 156ms ，磷光发射显著增强。
- 电学性质和分子结构表征：μPS 和 μUF 的介电常数分别为 6.0 和 8.5，分子极性指数（MPI）差异明显，分别为 6.8 和 22.04，表明二者极性差异大。KPFM 观察发现 μPS 表面电位为正，μUF 为负，这种相反的电位利于静电相互作用形成。FT - IR 和13C-SSNMR 分析显示，复合材料中 μUF 的羰基特征峰和 μPS 的苯环特征峰发生位移，证实了静电相互作用的存在，且该作用可使磷光客体分子极化，这可能是磷光增强的本质原因。
- μPS 和 μUF 复合材料磷光增强的机制：通过量子化学计算和静电场模拟，研究人员发现当 μPS 和 μUF 距离减小时，电场强度增强。在外部静电场作用下，μUF 中磷光客体分子 1,4 - 二氨基苯（14DAP）的 T1 态以局部激发（LE）为主，能级差ΔEST减小，自旋 - 轨道耦合系数（SOC）增大。同时，实验测得与 μPS 复合后，μUF 的系间窜越速率（kISC）和磷光发射速率（kp）提高，进一步证实静电相互作用促进了磷光发射。此外，研究还表明 μPS 和 μUF 之间不存在明显能量转移，而 14DAP 与脲醛树脂之间存在能量转移，且静电相互作用增强了 14DAP 与基质的结合力，抑制了非辐射跃迁。
- 两种微球极性差异对微纳复合材料磷光性能的影响：合成了不同极性的 PS - GMA - 5N 微球，随着 5 - 氨基四氮唑（5N）含量增加，微球极性增强，介电常数增大。将 PS - GMA - 5N 与 μUF 混合制备微纳复合材料，发现随着二者极性差异减小，复合材料的磷光性能下降，τp缩短，说明极性差异影响静电相互作用，进而影响磷光性能。
- 微纳材料静电介导磷光增强的普适性：将 μUF 与多种聚合物微球（如聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）等）混合，以及将不同磷光客体分子制备的脲醛树脂磷光微球与 μPS 混合，结果表明这些复合材料的τp均有不同程度的提高，充分证明了静电介导微纳复合材料磷光增强具有良好的普适性。
研究结论和讨论部分指出，基于微纳复合材料的静电相互作用，能有效调控脲醛树脂微球的磷光特性。μPS 和 μUF 复合后，τp显著延长，磷光强度增强。不同极性微球与 μUF 复合时，极性差异影响复合材料的光物理性质，极性差异越大，磷光性能越好。静电相互作用可使磷光客体分子极化，增强其与基质的结合力，降低能级差，增大 SOC，促进kISC和kp 。而且，该增强作用在多种微球复合体系中普遍存在。这一系列发现意味着静电相互作用在微纳磷光复合材料中能有效实现室温磷光增强，为室温磷光材料在功能器件领域的广泛应用开辟了更广阔的前景 。
