3D打(da)印(yin)有機室(shi)溫磷光材料及打(da)印(yin)的實(shi)時(shi)傳感(gan)和顯示設備(bei)

近(jin)日(ri)，西(xi)北(bei)工業大學(xue)於濤教(jiao)授(shou)團隊設(she)計並(bing)合(he)成(cheng)了壹系(xi)列具有A-D-A構(gou)型(xing)的新型哢(ka)唑衍生(sheng)物客(ke)體分子(zi)，命(ming)名(ming)為(wei)EtCzBP、PhCzBP和PhCzPM，用於制備聚(ju)合(he)物基(ji)RTP材(cai)料(liao)。通(tong)過將(jiang)EtCzBP摻入(ru)甲基(ji)丙烯酸(suan)甲酯（MMA）基(ji)光(guang)敏(min)樹(shu)脂中(zhong)，成功開發(fa)了可(ke)光(guang)固化的RTP樹(shu)脂。最(zui)終，采用摩方(fang)精(jing)密(mi)面(mian)投影(ying)微(wei)立(li)體光(guang)刻（PμSL）3D打(da)印(yin)技(ji)術，通(tong)過nanoArch^® P150（精(jing)度(du)：25μm）3D打(da)印(yin)設備，打(da)印(yin)了壹系(xi)列具有RTP特(te)性(xing)的復(fu)雜(za)三(san)維(wei)結(jie)構(gou)。基(ji)於其對(dui)外(wai)界溫度(du)刺(ci)激十分敏(min)感(gan)，壽命(ming)隨(sui)著外(wai)界溫度(du)的變(bian)化而(er)變(bian)化且(qie)易於調節(jie)的特(te)性，實(shi)現了特定(ding)結(jie)構(gou)的實(shi)時(shi)溫度(du)傳感(gan)裝置(zhi)及(ji)新型陣列顯示器件(jian)的制(zhi)備和應(ying)用。相關成果(guo)以(yi)“3D printable organic room-temperature phosphorescent materials and printed real-time sensing and display devices"為(wei)題發(fa)表在(zai)期(qi)刊《Chemical Science》上(shang)，西(xi)北(bei)工業大學(xue)柔性(xing)電(dian)子(zi)研究(jiu)院(yuan)博(bo)士(shi)生(sheng)孫浩東(dong)和肖雨(yu)欣為(wei)本文的共(gong)同第(di)壹作者(zhe)，於濤教(jiao)授(shou)和Vonika Ka-Man Au教(jiao)授(shou)為(wei)共同通(tong)訊(xun)作者(zhe)。

該(gai)研究(jiu)工作首先設(she)計(ji)並(bing)合成了壹系(xi)列哢(ka)唑衍生(sheng)物以(yi)用於客(ke)體分子(zi)，用於制備基(ji)於聚合物的RTP材(cai)料(liao)。當(dang)摻入(ru)PMMA中(zhong)時(shi)，EtCzBP和PhCzBP表(biao)現(xian)出明(ming)顯(xian)的光(guang)激活(huo)RTP性(xing)能(neng)，而(er)PhCzPM則未(wei)觀(guan)察到RTP現(xian)象(xiang)。通(tong)過詳(xiang)實(shi)的光(guang)物理研究(jiu)和時(shi)間依(yi)賴密度(du)泛(fan)函(han)理論（TD-DFT）計(ji)算，論文(wen)揭(jie)示(shi)了其RTP發(fa)光和光激活(huo)特性(xing)的起(qi)源。

圖(tu)1. 分子(zi)設(she)計(ji)及(ji)光(guang)物理性質。

迄(qi)今為(wei)止，大多數(shu)的聚(ju)合物基(ji)有(you)機(ji)RTP材(cai)料(liao)的均(jun)為(wei)二(er)維(wei)柔性(xing)薄(bo)膜(mo)，具有(you)刺(ci)激響應(ying)性和復(fu)雜(za)三維(wei)結(jie)構(gou)的RTP材(cai)料(liao)鮮有(you)報道(dao)。如圖(tu)2所(suo)示，將(jiang)EtCzBP以(yi)0.5wt%的濃度(du)摻雜(za)在MMA樹(shu)脂中(zhong)，通(tong)過DLP 3D打(da)印(yin)技(ji)術，利(li)用摩方(fang)精(jing)密(mi)nanoArch^® P150（精(jing)度(du)：25μm）3D打(da)印(yin)設備打(da)印(yin)出不同類(lei)型的具(ju)有光激活(huo)磷光特性的復(fu)雜(za)結(jie)構(gou)。基(ji)於此高(gao)精(jing)度(du)的制(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)，可(ke)以(yi)打(da)印(yin)出壹系(xi)列具有刺(ci)激響應(ying)性室(shi)溫磷光性質的3D結(jie)構(gou)。這(zhe)些(xie)3D結(jie)構(gou)的成(cheng)功制造(zao)為(wei)實(shi)時(shi)溫度(du)傳感(gan)和基(ji)於室(shi)溫磷光的新型顯(xian)示(shi)器的應(ying)用提(ti)供(gong)了必要(yao)的先決(jue)條(tiao)件(jian)。

圖(tu)2. 用DLP 3D打(da)印(yin)技(ji)術構(gou)建(jian)具(ju)有(you)光激活(huo)RTP特(te)性(xing)的復(fu)雜(za)3D結(jie)構(gou)。

如(ru)圖(tu)3，該(gai)研究(jiu)工作成(cheng)功(gong)制備(bei)了基(ji)於余輝(hui)持(chi)續(xu)時(shi)間來(lai)實(shi)現實(shi)時(shi)溫度(du)傳感(gan)的傳(chuan)感(gan)器件(jian)和顯示器件(jian)。通(tong)過摩方(fang)微(wei)納3D打(da)印(yin)技(ji)術獲得了螺旋狀(zhuang)中(zhong)空結(jie)構(gou)，該(gai)中(zhong)空結(jie)構(gou)中(zhong)間的通(tong)道可(ke)供(gong)流體流(liu)動(dong)。通(tong)過觀(guan)察該螺旋結(jie)構(gou)的余輝(hui)持(chi)續(xu)時(shi)間，可(ke)以(yi)直(zhi)接反(fan)映出管路中(zhong)流體的實(shi)時(shi)溫度(du)。例如，當(dang)處(chu)於環(huan)境溫度(du)（約(yue)21℃）的液(ye)體流(liu)經(jing)該(gai)螺旋結(jie)構(gou)的管(guan)路時(shi)，關閉紫外(wai)光後(hou)，三個螺旋結(jie)構(gou)的余輝(hui)持(chi)續(xu)時(shi)間相同且(qie)同時(shi)消失(shi)。根(gen)據該(gai)3D打(da)印(yin)螺旋中(zhong)空結(jie)構(gou)不同位(wei)置(zhi)的磷光持(chi)續(xu)時(shi)間，可(ke)以(yi)明(ming)顯(xian)看(kan)出(chu)液體的冷(leng)卻(que)過程(cheng)。溫度(du)為(wei)65.7℃時(shi)，肉眼(yan)無法觀察到余輝(hui)現象(xiang)，而(er)當(dang)溫度(du)為(wei)49.7℃和31.9℃時(shi)，余輝(hui)的持(chi)續(xu)時(shi)間分別(bie)逐漸增加(jia)到0.3 s和0.8 s。

此外(wai)，由於該3D打(da)印(yin)結(jie)構(gou)的磷光具有隨(sui)環(huan)境溫度(du)變(bian)化的開(kai)/關特性(xing)，基(ji)於此，團隊設(she)計並(bing)通(tong)過摩方(fang)微(wei)納3D 打(da)印(yin)技(ji)術制(zhi)作了壹個(ge)基(ji)於磷光的顯(xian)示陣列。在此磷光顯示陣列中(zhong)，顯示的像(xiang)素(su)結(jie)構(gou)是(shi)通(tong)過3D打(da)印(yin)制作的微(wei)型(xing)通(tong)道，其中(zhong)間為(wei)鏤空結(jie)構(gou)。當(dang)該(gai)磷光顯示陣列整體處(chu)於較高(gao)溫度(du)時(shi)，像素(su)點不會展(zhan)現(xian)出(chu)余輝(hui)發(fa)射(she)的特(te)性。向特(te)定(ding)的通(tong)道內通(tong)入(ru)低溫流(liu)體經(jing)過(guo)紫外(wai)激發(fa)後，6×6的顯(xian)示陣列上可以(yi)顯(xian)示出特(te)定(ding)的信息。控(kong)制不同通(tong)道的溫度(du)，該磷光陣列可以(yi)交(jiao)替顯(xian)示(shi)出各種字母。如(ru)“N"、“W"、“P"、“U"、“I"、“F"、“E"以(yi)及(ji)壹個(ge)心形符號(hao)。通(tong)過對(dui)下(xia)方溫度(du)控(kong)制陣列合理的設(she)計，可將(jiang)該磷光顯示陣列擴展(zhan)到(dao)更大(da)的尺寸(cun)以(yi)及(ji)更高(gao)的像(xiang)素(su)。例如，可(ke)以(yi)在(zai)擴展(zhan)的12×12的顯(xian)示屏上(shang)顯示更復(fu)雜(za)的表(biao)情(qing)符號(hao)圖(tu)案。

圖(tu)3. 基(ji)於3D打(da)印(yin)復(fu)雜(za)結(jie)構(gou)的磷光溫度(du)傳感(gan)裝置(zhi)和大面(mian)積面(mian)板顯示(shi)器(qi)件(jian)。