用于动态光学存储的电荷转移络合物的喷墨打印

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》:Inkjet printing of charge-transfer complexes for dynamic optical storage

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月05日 来源:Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 4.3

编辑推荐:

   摘要电荷转移复合物(CTCs)的形成所引起的明显颜色变化,为设计具有可调光学响应的功能器件提供了新的机遇。我们开发了一种基于电荷转移复合物的动态光学存储系统,其中电子受体为7,7,8,8-四氰基对二甲苯(TCNQ),电子供体分别为菲(Phe)或联苯(Bp)。通过调控供体分子的

  

摘要

电荷转移复合物(CTCs)的形成所引起的明显颜色变化,为设计具有可调光学响应的功能器件提供了新的机遇。我们开发了一种基于电荷转移复合物的动态光学存储系统,其中电子受体为7,7,8,8-四氰基对二甲苯(TCNQ),电子供体分别为菲(Phe)或联苯(Bp)。通过调控供体分子的升华行为,实现了电荷转移复合物的可逆形成与解离,从而产生明显且可重复的颜色转变,适用于光学数据记录和擦除。喷墨打印技术实现了供体分子和受体分子的精确图案化,无需复杂加工即可便捷地制备出多种图案。TCNQ-Phe和TCNQ-Bp电荷转移复合物表现出随时间推移的颜色褪去现象,其褪色速率可通过温度进行调节。这些可控的光学响应实现了多种应用,包括可重写纸张、时间-温度指示器(TTIs)、信息加密和防伪打印。RGB颜色分析验证了通过打印参数对颜色强度和保留时间的定量控制。打印图案在重复打印-擦除循环过程中保持了高重现性和稳定性。本研究展示了一个简单、溶液可加工、可切换的光学信息存储平台,将分子层面的可调性与实际加工性相结合,为光学存储和信息安全技术提供了一条有前景的途径。

引言

电荷转移复合物(CTCs)是通过电子供体与受体之间的缔合形成的分子组装体。由于其形成过程中发生的电子跃迁,它们表现出单组分分子所不具备的独特电子和光学性质 [1], [2]。特别是,有机CTC固有的分子间相互作用使其在各种有机电子应用中得到广泛利用,包括载流子传输 [3], [4]、有机半导体 [5], [6], [7]、晶体管 [8]、铁电材料 [9], [10]、光探测器 [11]、光导体 [12] 和光伏器件 [13]。此外,基于供体-受体对形成的新电荷转移吸收带所引起的发光和颜色变化研究,因其识别简便、响应迅速、信号灵敏度高和可重复性良好等优势而受到广泛关注 [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20]。凭借这些特性,基于CTC的材料已广泛应用于OLED [21], [22], [23], [24]、激光器 [25]、光学开关 [26]、光学安全 [27] 和化学传感器 [28], [29], [30]。其中,基于颜色变化的光学响应在光学存储器、信息存储和数据安全应用开发方面尤为令人瞩目。
依靠此类光学响应进行信息记录和擦除的光学数据存储技术,已使用多种光致发光和比色材料进行了探索 [31], [32]。随着全球数据生成和存储需求的指数级增长,迫切需要发展新一代存储技术,以期在性能、能效和耐用性方面超越传统磁存储 [33], [34], [35]。因此,开发具有颜色可调特性、多级存储能力、分子可定制性以及兼容柔性、溶液可加工、低成本制造方法的材料,已成为关键的研究方向 [36], [37], [38], [39], [40], [41], [42]。迄今为止,已提出了多种形式的光学存储系统,包括可重写纸张 [43], [44]、时间-温度指示器(TTIs)[45], [46], [47], [48]、信息加密 [49], [50], [51], [52] 和防伪应用 [53], [54], [55], [56]。在实现光学响应分子层面精细控制的同时,保持与传统制造技术的兼容,将为新一代动态光学存储系统的开发铺平道路。
在此,我们报道了一种基于CTC的多功能动态光学存储系统的设计与实现。通过利用菲(Phe)和联苯(Bp)在环境条件下固有的升华行为,我们诱导了它们与7,7,8,8-四氰基对二甲苯(TCNQ)形成和解离的电荷转移复合物,伴随明显的颜色转变,适用于光学数据存储。喷墨打印技术的应用实现了电子供体和受体的精确图案化沉积,无需复杂工艺即可高效形成复合物和生成图案。基于该系统,我们成功展示了多种瞬态光学信息器件,包括可重写纸张和TTIs,以及由升华动力学和选择性络合驱动的加密技术(方案1)。

章节片段

材料与仪器

所有化学品均购自Sigma-Aldrich(韩国)和东京化学工业(韩国),均为最高商业品质,未进一步纯化即直接使用。热重分析在Discovery TGA550 Auto仪器上进行。样品在空气氛围中从25°C以10°C/min的速率加热至320°C。反射光谱在USB2000微型光纤光谱仪(Ocean Optics)上记录。HP Deskjet Ink Advantage K209 a-z打印机用于

基于CTC的动态光学存储设计策略

当CTC形成时,会出现区别于单个组分的明显颜色。当CTC中的一种电子供体组分升华时,颜色恢复至原始状态 [58]。这种可重复的颜色转变可与喷墨打印相结合,开发多种光学信息存储系统,如可重写纸张、TTIs、信息加密和防伪应用(方案1)。为确定合适的供体-受体对,我们用TCNQ进行了测试

结论

本研究展示了一种基于CTC颜色转变的动态光学存储系统。使用TCNQ作为电子受体,Phe和Bp作为电子供体,通过喷墨打印实现了精确图案化和高效CTC形成。淡黄色TCNQ层在复合物形成后变为红粉色,并通过电子供体升华恢复至原始颜色。通过控制供体类型和打印遍数,颜色和保留时间

利益冲突声明

作者声明,他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系,这些利益或关系可能影响到本论文所报告的工作。

致谢

本研究获得韩国国家研究基金会(RS-2021-NR059134, RS-2021-NR057310)的资助支持。
郑文民|金善智|金善恩|金钟万
韩国汉阳大学纳米科学技术研究所,首尔 04763,大韩民国
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 搜索
  • 国际
  • 国内
  • 人物
  • 产业
  • 热点
  • 科普

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号