多组分交联策略构建耐湿性聚乙烯醇基室温磷光材料及其应用研究

针对聚乙烯醇(PVA)基室温磷光(RTP)材料在潮湿环境中易淬灭的难题，研究人员通过多组分交联反应构建了具有三维网络结构的CR-DBA/PVA薄膜。该材料在80% RH高湿环境下仍保持3.18 s的超长磷光寿命和11.33%的量子产率，成功应用于信息防伪和数据加密领域，为可穿戴电子器件开发提供了新思路。

　　

在发光材料研究领域，室温磷光(Room Temperature Phosphorescence, RTP)材料因其独特的"关闭激发源后仍持续发光"特性，在显示技术、信息加密和生物成像等领域展现出巨大潜力。然而，当前主流的聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol, PVA)基质RTP材料面临一个致命缺陷——富含羟基的亲水性PVA在潮湿环境中会因氢键网络破坏导致磷光淬灭，这严重制约了其在可穿戴电子等实际场景中的应用。

针对这一挑战，研究人员开展了一项创新性研究。他们创造性地采用多组分交联策略，通过硼酸(H₃
BO₃
)与PVA链上羟基的共价交联，成功构建了具有三维网络结构的CR-DBA/PVA薄膜。这种交联设计不仅通过形成O-B-O和B-O-C共价键显著提升了材料疏水性（接触角从31.4°增至78.1°），还通过限制聚合物链运动有效抑制了三重态激子的非辐射跃迁。令人振奋的是，优化后的材料在80%相对湿度(RH)环境下展现出长达3.18秒的磷光寿命，且在水中浸泡10小时后仍保持稳定发光性能。

研究团队主要运用了四项关键技术：1）多组分化学交联反应构建三维聚合物网络；2）稳态/瞬态荧光光谱分析光物理特性；3）X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征共价键形成；4）原子力显微镜(AFM)和接触角测试评估表面形貌与疏水性。

【2.1 未交联薄膜的光物理性质】
通过将二苯并呋喃-4-硼酸(DBA)等三种芳基硼酸衍生物掺杂至PVA基质，研究人员首先证实传统PVA基RTP材料在80% RH环境下磷光强度会随时间急剧衰减，60分钟内寿命从3.06 s降至0.1 s，凸显湿度敏感性问题。

【2.2 耐湿性交联薄膜】
引入H₃
BO₃
交联剂后，CR-DBA/PVA薄膜在碱性条件下形成刚性网络结构。即使在高湿环境暴露42小时，材料仍保持稳定磷光发射，且寿命延长至3.18 s，证实交联策略的有效性。

【2.3 机制研究】
XPS检测到B_1s
特征峰，FT-IR观察到1285 cm^-1
处O-B-O键伸缩振动，证实共价交联形成。差示扫描量热法(DSC)显示玻璃化转变温度(T_g
)从88°C升至132.3°C，表明分子运动受限是延长磷光寿命的关键。

【2.4 应用展示】
通过设计"8888888"与"2021 UOP"的双层防伪图案，以及基于二进制编码"Hello"的信息加密系统，研究团队直观展示了材料在潮湿环境下保持信息识别能力的独特优势。

这项研究的意义在于：首先，通过共价交联策略巧妙解决了PVA基RTP材料的湿度敏感性这一长期难题；其次，建立的"交联度-磷光性能"关系模型（18 wt% H₃
BO₃
为最佳配比）为功能聚合物设计提供了普适性指导；最重要的是，兼具柔性和透明性的耐湿RTP薄膜为开发全天候可穿戴电子器件（如湿度不敏感的柔性显示器、防水加密标签）奠定了材料基础。正如作者在讨论部分强调的，这种简便、环保的制备方法有望推动RTP材料从实验室走向实际应用，特别是在需要复杂环境适应性的健康监测和智能包装领域。