本站讯 近日，中国海洋大学信息科学与工程学部物理与光电工程学院张君诚教授团队在国际知名学术期刊Nature Communications（《自然·通讯》）上发表了题为“Dynamic multicolor emissions of multimodal phosphors by Mn2+ trace doping in self-activated CaGa4O7”（在自激活CaGa4O7中掺入微量Mn2+实现多模式发光材料的动态变色发光）的研究论文。
随着信息技术的高速发展，人们对物理场感知和信息安全的需求日益增加。智能发光材料可将不同的外部环境刺激转变为丰富的光学信息，在光学传感、智能防伪、信息加密等领域展现出巨大的应用价值。发光材料的激发模式和由此产生的发光颜色是实现识别-认证应用的关键因素。传统的发光材料局限于单模式响应和静态单色发光，存在传感模式单一或加密等级低的问题。亟需构建具有动态变色发光特性的多模式发光材料，在时间和空间的维度上实现多激励感知和高阶加密，满足更高层次的应用需求。然而，动态变色发光机制尚不清楚，且缺乏多模式发光材料的设计方法，严重阻碍了动态多模式发光材料的开发和应用。
图1. (a-c)：光-热-力物理场下多模式发光和动态变色发光的照片。(d-f)：随时间和温度变化的动态发光的色坐标，基于反热猝灭荧光的温度传感，以及基于应力发光的应力分布图像。（g-i）光、热、力物理场调控的电子输运和跃迁路径示意图。
针对以上难题，张君诚教授团队提出利用本征和非本征缺陷协同诱导多物理场发光的策略，通过在自激活的镓酸盐基质中引入微量Mn2+激活剂的方法，首次在单一材料中获得具有动态变色荧光的多模式发光，并在时间和空间维度上展示了由力-热-光物理场调控的颜色、图案和光强的动态变化和传感应用。机理研究结果表明，基质的间隙缺陷（iO, iGa）及氧空位主导受激电子的输运和跃迁过程，并通过氧空位引起的色心与Mn2+激发态竞争能量，导致具有时间记忆效应的变色发光动力学过程。掺杂的微量Mn2+具有稳定近邻缺陷和引入非本征缺陷能级的双重作用，缺陷与Mn2+能级间的电子输运和能量传递路径受不同物理场调控，从而产生光-热-力响应的多模式发光。该研究将为研发动态多模式发光材料和明晰陷阱控制型动态发光机制提供重要支持，有望推动该类材料在动态发光显色、高阶防伪加密、多刺激传感等领域的应用。
中国海洋大学2020级硕士研究生唐艺倩和2022级博士研究生蔡忆雨为本论文的共同第一作者，中国海洋大学张君诚教授、香港理工大学黄勃龙副教授为共同通讯作者，中国海洋大学为第一通讯单位。该研究获得了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省泰山学者青年专家计划等项目支持。
张君诚教授团队致力于固体发光与应力传感领域的研究。近期，该团队在陷阱控制型应力发光的调控原理（Adv. Funct. Mater., 2021, 31: 2100221）和应力发光的产生机制（Adv. Funct. Mater., 2023, 33: 2305482）等方面也取得了一系列研究进展。
通讯员：徐君岭
编辑：赵奚赟
责任编辑：刘莅
