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武大吳偉教授課題組 Small綜述: 多重刺激響應(yīng)的多色碳點(diǎn)及其信息編碼與防偽應(yīng)用

時(shí)間：2023-02-09 來源： 瀏覽：

武大吳偉教授課題組 Small綜述: 多重刺激響應(yīng)的多色碳點(diǎn)及其信息編碼與防偽應(yīng)用

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收錄于合集
#碳點(diǎn) 7 個(gè)
#多重響應(yīng) 2 個(gè)
#信息編碼與防偽 2 個(gè)
#基質(zhì)工程 2 個(gè)
#多色發(fā)光 2 個(gè)

點(diǎn)擊藍(lán)字關(guān)注我們

近日，武漢大學(xué)圖像傳播與印刷包裝研究中心吳偉教授課題組在《 Small 》期刊發(fā)表了題為 “Multiple Stimuli-Response Polychromatic Carbon Dots for Advanced Information Encryption and Safety” 的綜述論文（ DOI ： 10.1002/smll.202206709 ）。該論文對(duì)碳點(diǎn)的合成，熒光、室溫磷光、熱激活衰減熒光與上轉(zhuǎn)換發(fā)光光學(xué)性質(zhì)調(diào)控，以及基于碳點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)與多重刺激下的信息編碼與防偽應(yīng)用進(jìn)行了概括。聚焦于碳點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)調(diào)控及其在信息編碼與防偽應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用，重點(diǎn)闡述了碳核組成、顆粒尺寸、官能團(tuán)和溶劑對(duì)光學(xué)性質(zhì)的影響，并對(duì)基于熒光、室溫磷光、熱激活衰減熒光、上轉(zhuǎn)換發(fā)光以及額外刺激條件（如溫度、濕度等）響應(yīng)下的信息編碼與防偽進(jìn)展進(jìn)行了綜述。最后，論文對(duì)碳點(diǎn)發(fā)光性質(zhì)的設(shè)計(jì)和未來信息編碼與防偽應(yīng)用的發(fā)展方向提出了新見解。

本文要點(diǎn)：
碳點(diǎn)是由碳核和豐富的表面官能團(tuán)構(gòu)成，其熒光、室溫磷光、熱激活衰減熒光和上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能與碳點(diǎn)的組成和結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，充分了解多種發(fā)光類型的發(fā)光過程及影響因素對(duì)于調(diào)控碳點(diǎn)發(fā)光性質(zhì)具有重要指導(dǎo)意義。依次地，基態(tài)與單重態(tài)之間的能級(jí)間距對(duì)熒光發(fā)光顏色的控制具有直接的影響，調(diào)控碳核組成、顆粒尺寸、表面官能團(tuán)均能實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光發(fā)光顏色的調(diào)控；室溫磷光發(fā)射依賴于單重態(tài)與三重態(tài)之間的能量遷移過程（ Intersystem crossing process ， ISC ）以及電子從三重態(tài)躍遷回到基態(tài)過程，提高能量遷移效率和降低能量損失是實(shí)現(xiàn)優(yōu)異室溫磷光的基本條件。熱激活衰減熒光的實(shí)現(xiàn)取決于熱激活條件下三重態(tài)與單重態(tài)之間的反向能量遷移過程（ Reverse intersystem crossing process ， RISC ），三重態(tài)與單重態(tài)之間小的能級(jí)間距有利于熱激子的躍遷，是實(shí)現(xiàn)熱激活衰減熒光的關(guān)鍵；碳點(diǎn)中的上轉(zhuǎn)換發(fā)光具有兩種形式，包括多光子過程和熱激活下的單光子過程。上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程是在近紅外光激發(fā)下電子躍遷至高能級(jí)激發(fā)態(tài)并躍遷回到基態(tài)的過程。提高碳點(diǎn)在近紅外吸收和能量遷移效率是實(shí)現(xiàn)優(yōu)異上轉(zhuǎn)換發(fā)光的基礎(chǔ)。
圖 1 碳點(diǎn)的組成和多種發(fā)光類型的機(jī)理示意圖
圖 2 碳核組成、顆粒尺寸、以及官能團(tuán)對(duì)碳點(diǎn)熒光的影響
碳點(diǎn)因具有多種發(fā)光類型、可調(diào)發(fā)光顏色、低毒性、高生物相容性、對(duì)外界刺激條件（如溫度、濕度、 pH 等）響應(yīng)靈敏，有利于構(gòu)建具有高防偽強(qiáng)度的信息編碼與防偽技術(shù)，是一種極具應(yīng)用前景的光學(xué)防偽材料。通過控制激發(fā)條件實(shí)現(xiàn)多色熒光、室溫磷光、熱激活衰減熒光和上轉(zhuǎn)換發(fā)光輸出賦予信息編碼與防偽技術(shù)更高的防偽強(qiáng)度?；跁r(shí)間分辨的動(dòng)態(tài)信息編碼與防偽技術(shù)和結(jié)合額外刺激條件（如溫度、濕度、 pH 等）激發(fā)的光學(xué)特征變化均有利于實(shí)現(xiàn)高防偽強(qiáng)度的信息編碼與防偽技術(shù)的便攜式防偽檢測。
圖 3 （ a ）藍(lán)色熒光和綠色室溫磷光在濾紙上的圖案，（ b ） 254 nm 和 365 nm 協(xié)同下的防偽圖案，（ c ）多色熒光和室溫磷光在紫外激發(fā)下的防偽圖案，（ d ） 254 nm 、 365 nm 和 450 nm 激發(fā)下的多色熒光和室溫磷光的防偽圖案，（ e ） 310 nm 、 365 nm 、 410 nm 和 435 nm 激發(fā)后多色室溫磷光防偽圖案，（ f ） 365 nm 激發(fā)在不用時(shí)間分辨下的防偽圖案，（ g ） 365 nm 、 395 nm 和 425 nm 激發(fā)在時(shí)間分辨下的防偽圖案
圖 4 （ a ） 365 nm 激發(fā)熒光、室溫磷光和 800 nm 飛秒激光器激發(fā)上轉(zhuǎn)換發(fā)光協(xié)同下的防偽圖案，（ b ） 365 nm 激發(fā)熒光、室溫磷光和 980 nm 激發(fā)上轉(zhuǎn)換發(fā)光集成下的防偽圖案，（ c ）紫外和 980 nm 激發(fā)下室溫磷光實(shí)物圖和防偽圖案
圖 5 （ a ）溫度和 pH 分別與 300 nm 、 365 nm 和 400 nm 激發(fā)光激發(fā)下多色防偽圖案，（ b ） H 2 C 2 O 4 和 NaHCO 3 分別加密與解碼的可控防偽圖案，（ c ）水分與 365 nm 刺激下的防偽圖案，（ d ） 365 nm 激發(fā)下水分與四氫呋喃（ THF ）協(xié)同的防偽圖案，（ e ）紫外激發(fā)和不同觀察角度下的防偽圖案，（ f ） pH 、溫度、觀察角度、紫外光協(xié)同刺激下的防偽圖案

作者簡介

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吳偉教授，武漢大學(xué)三級(jí)教授、博士生導(dǎo)師，青年拔尖人才入選者。主要研究方向?yàn)榭捎∷⒐δ懿牧?，印刷電子學(xué)與智能包裝。曾榮獲第十五屆畢昇印刷技術(shù)獎(jiǎng)， STAM Best Paper Award ， Hong Kong Scholars Award 等學(xué)術(shù)榮譽(yù)。課題組長期致力于可印刷功能材料和印刷電子應(yīng)用研究，取得了系列研究成果，在 Applied Physics Reviews （ IF=19.527 ）、 Advanced Energy Materials （ IF=29.698 ）、 Advanced Functional Materials （ IF=19.924 ）、 Small （ IF=15.153 ）、 Materials Horizons （ IF=15.717 ）、 Chemical Engineering Journal （ IF=16.744 ）、 Journal of Materials Chemistry A （ IF=14.511 ）、 Advanced Optical Materials （ IF=10.05 ）等材料和工程領(lǐng)域的知名期刊發(fā)表論文 100 余篇，多篇工作入選 ESI 高被引。研究工作圍繞 “ 先進(jìn)功能印刷改進(jìn)傳統(tǒng)印刷技術(shù) ” 理念，攻克了部分功能材料油墨化，大面積印刷電子制造工藝，印刷電子和智能包裝應(yīng)用等系列技術(shù)難題，在印刷圖文信息防偽技術(shù)和印刷電子方面實(shí)現(xiàn)了若干關(guān)鍵技術(shù)積累。

原文鏈接

https://doi.org/10.1002/smll.202206709

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