基质发光助力多模式智能响应性光学平台的研发

江南大学化学与材料工程学院林恒伟教授光功能材料研究团队，通过单一稀土发光离子Sm³⁺辅助基质发光实现了多模式智能响应性的动态变色发光过程。在外界X高能射线以及紫外线激发后，材料在不同热场刺激下其发光颜色呈现由蓝紫色到玫瑰粉色的动态发光，为智能响应性光学平台的信息安全应用提供了新策略。

关键词·：动态变色发光，智能响应性，基质发光

多模式响应性发光材料在基本光物理过程的机理和智能设备平台的研发等方面都发挥着关键作用。然而，单一稀土掺杂发光体通常表现出单模发光或有限的刺激响应性，为实现在无机材料中得到多模式多响应性光学性质，通常的策略是使用三种甚至四种掺杂离子或一系列具有不同组成结构的无机固溶体材料。尽管这种策略可以实现多模式发光，但是材料的制备合成工艺复杂，多种发光离子之间常常发生能量淬灭，能量转化率较低且光物理过程难以统一。将多模式发光集成到单离子掺杂的单一材料中是一种简单的理想策略，但仍然是一个瓶颈问题。到目前为止，寻找合适的发光中心和基质材料组合来实现多模式多刺激响应性的集成仍然是一个挑战。

江南大学化工学院光功能材料实验室针对这一问题，在Sr₂YGaO₅材料体系中单掺杂发光中心Sm³⁺，证明了其激发波长依赖性、热激励发光和X射线、UV响应的集成，该材料具有优异的多峰发射、多刺激变色响应性。更重要的，其设计基于褐铁矿型基质（Sr₂YGaO₅）发光和掺杂剂（Sm³⁺）发光的有效光学复用，在这种Sm³⁺单掺杂的基质中实现了优异的光学集成，观察到了热激发光过程中的颜色变化特征（蓝紫色到玫瑰色），提供了可视化的简易发光辨识。这种具有颜色可变特征的多刺激响应性（光场、热场和高能X射线）源于基质和Sm³⁺发光的共存现象，以及能量从陷阱缺陷到双发光中心的有效能量传递途径。这为集成多模式多刺激响应的光学材料开发提供了新的思路。相关结果发表在Advanced Optical Materials上。该项工作的主要贡献者为硕士研究生吕绍星、王潘琴和王腾跃同学，论文的通讯作者为林恒伟教授、杜家仁副教授。

Figure 1. (a) XRD patterns of Sr₂Sc_1-xY_xGaO₅:Sm³⁺ samples (x = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 ,1); (b) Photographs of Sr₂Sc_1-xY_xGaO₅:Sm³⁺ samples upon daylight or UV light (254, 310 and 365 nm, respectively); (c) Normalized PL spectra of Sr₂YGaO₅:Sm³⁺ upon 406 nm and 330 nm excitation, respectively; (d) XPS survey of Sr₂YGaO₅:Sm³⁺ phosphor.

Figure 2. Excitation-wavelength and temperature dependent emissions. (a) Photographs of Sr₂YGaO₅:Sm³⁺ samples upon 254 nm, 310 nm, or 405 nm excitation at various temperatures; The excitation-wavelength and temperature dependent CIE chromaticity diagrams of Sr₂YGaO₅:Sm³⁺ samples upon 254 nm (b), 310 nm (c), and 405 nm excitation (d), respectively.

Figure 3. Thermally stimulated color-changing luminescence from Sr₂YGaO₅:Sm³⁺ samples. Photographs of thermally stimulated luminescence after (a) UV pre-irradiation (254 nm, 310 nm, or 365 nm) and (b) X-ray pre-irradiation (50 kV, 80 μA), respectively; (c) Thermally stimulated luminescence spectra after 254 nm pre-irradiation; (d) A proposed schematic diagram of luminescence mechanism of Sr₂YGaO₅:Sm³⁺ phosphors.

Figure 4. Color-Changeable Smart Platform for Information Readout. (a) The template of the "Knight" pattern; (b) The pattern encoded on white paper under daylight; (c) The encoded paper under UV light; (d)-(g) The bending of the encoded thin aluminum sheet; (h) Information readout via directionally thermal stimulation from bottom to up gradually

论文信息：

Multimode-Responsive Luminescence Smart Platform by Single-Sm³⁺-Doped Phosphors

Jiaren Du*, Shaoxing Lyu, Panqin Wang, Tengyue Wang, Hengwei Lin*

Advanced Optical Materials

DOI: 10.1002/adom.202300359

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202300359