实时磷光可视化光固化与4D打印技术：基于纯有机室温磷光体的动态形变监测新策略

针对光固化过程难以实时监测的挑战，华东理工大学马翔团队创新性地将纯有机室温磷光体(RTP)引入环脂族环氧树脂(CER)体系，开发出具有蓝/绿/橙全色磷光的光固化材料。该研究通过液体-固体转变引发的刚性增强效应调控RTP特性，实现了固化速度、内部环境及转化率的可视化监测，并成功应用于动态变形可控的4D打印材料，为智能材料开发提供了新范式。

　　

在光固化材料和4D打印领域，传统环脂族环氧树脂(CER)材料在紫外光照射下缺乏可视化指示，使得固化效果评估和工艺优化面临重大挑战。与此同时，纯有机室温磷光(RTP)材料因其独特的激子辐射跃迁特性，在环境响应型发光材料中展现出巨大潜力。这种技术瓶颈与材料特性的碰撞，催生了一项突破性研究——通过将磷光体与光固化材料创新结合，实现从静态监测到动态形变调控的全链条可视化。

华东理工大学马翔团队在《Nature Communications》发表的这项研究，采用电子顺磁共振(EPR)分析、二维相关光谱(2D-COS)和动态力学测试等关键技术，通过构建硫色满-4-酮(TCO)、2-溴-5-乙氧基苯甲醛(BrEB)和2,6-二溴萘-1,4,5,8-四甲酸二酐(DTD)三类磷光引发剂体系，系统研究了其在CER材料中的光聚合行为与RTP调控机制。

【结果部分】

磷光引发剂体系的构建

研究团队设计的三类磷光引发剂在胺催化下产生氨基烷基自由基，EPR测试证实其引发机制与传统二苯甲酮(BP)类似。其中CER-BrEB体系表现出最高的固化转化率(86.7%)，而CER-DTD在0.2 wt%掺杂浓度下即可实现最优磷光发射。XRD和热重分析(TGA)显示所有固化膜均呈无定形态，热分解温度(T_d9%)稳定在375°C左右。

实时监测机制的实现

通过三维磷光光谱发现，随着固化时间延长，CER-TCO的RTP寿命从0.15 ms增至2.80 ms，强度提升18倍。2D-COS分析揭示磷光增强与聚合转化度呈线性相关(r²>0.98)，这种特性使材料能通过肉眼观察磷光变化来评估固化程度。在85μm厚度下，固化膜同时具备优异柔韧性(断裂伸长率>120%)和机械强度(拉伸强度达38 MPa)。

4D打印的动态调控

引入二乙二醇二丙烯酸酯(200 wt%)作为稀释剂后，材料在20秒UV固化后经二氯甲烷(DCM)浸泡可实现花瓣折叠角150°-30°的精确调控。特别值得注意的是，通过分区固化策略(如对花瓣实施15秒/30秒差异照射)，实现了单朵花不同部位的异步形变，其磷光强度差异达5.3倍，直观反映了内部交联密度梯度。

多场景应用验证

研究构建了包含太空人抓星星(场景1)和熊猫抱竹子(场景2)的3D动态模型，其中CER-BrEB/CER-DTD复合杆件在DCM刺激下呈现可控弯曲。更巧妙的是，通过TCO/DTD(1:1)共混体系制备的渔网结构，能基于蓝色磷光区域(固化不足部位)实现破损预警，验证了材料在智能包装领域的应用潜力。

这项研究开创性地建立了磷光特性-固化程度-动态形变的三元调控模型，解决了光固化过程"黑箱操作"的行业难题。通过将RTP材料与4D打印技术深度融合，不仅实现了从2D到3D结构的可视化形变控制，更开辟了"发光力学"这一交叉研究新方向。该成果对智能医疗器械、柔性电子和防伪包装等领域的材料开发具有重要指导价值，其提出的"磷光编码"策略为下一代功能材料设计提供了普适性方法论。