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　　【仪表网 研发快讯】近日，《先进材料》(Advanced Materials)在线发表了我校化学与分子科学学院袁荃教授在环境响应型近红外长余辉光学材料领域的研究成果，论文题目为“Bio-inspired multiple responsive NIR II nanophosphors for reversible and environment-interactive information encryption”。武汉大学为论文第一署名单位和通讯作者单位，武汉大学化学与分子科学学院2021级博士研究生贺天培为论文的第一作者。武汉大学袁荃教授以及陈娜博士为该论文的通讯作者。
 

　　自然界中，生命体为适应生存外部变化的环境进化出了一系列外部刺激响应的现象，通过响应外部信号的变化，适应生存环境，进而提高生存率。例如我们熟知的变色龙可通过改变细胞中纳米级的鸟嘌呤晶体结构，影响光的干涉和衍射，进而实现出颜色的变换，不仅仅可以实现伪装，还可以作为群体间信息交流的工具进行种间交流。近年来，受自然界启发，研究者们在外部环境刺激响应的光学纳米材料开发领域开展了大量的工作，这些材料可以在光、热、pH等外部条件刺激下产生光学信号的变化，在生物传感、光学通讯、信息加密、智能家居等领域具有广泛的应用。然而，受到刺激响应材料类型有限且刺激响应变色机制不清晰的限制，该领域的进展相对缓慢。开发新的光学纳米材料并探索其刺激响应机制对促进刺激响应光学纳米材料的设计开发、推动智能生物传感等领域具有重要意义。
 

　　长余辉纳米材料是一种可以利用缺陷结构存储光生载流子，而后在外部环境刺激下持续发光的一种光学材料。具体的来说，长余辉缺陷结构中所存储的载流子在外部刺激下包括光、热等刺激下，通过动态地转变或调节其缺陷电子结构，实现对外部环境做出恰如其分的响应，展现出动态可调的光电性质。长余辉材料的这种独特的光学性质使得其非常适合用于开发环境刺激响应光学材料。近红外光具有很强的隐蔽性、强的抗可见光干扰性、深的组织穿透深度等优势，在复杂样本高灵敏度生物传感、逻辑运算与信息加密、光编码与分子开关、智能家居等领域受到了广泛的研究关注。如何调控长余辉纳米材料结构，获得具有对外部多重环境响应的近红外长余辉并探究其机制对环境刺激响应型近红外材料的发展至关重要。
 

　　受到自然界中变色龙根据外部环境因素进行变色伪装现象的启发，该研究基于水热法成功获得了具有温度、湿度多重响应的近红外二区长余辉材料Zn1.2Ga1.6Ge0.2O4:Ni2+，并成功用于外部环境响应的信息加密领域。通过对该材料进行构效分析，该研究发现其近红外发光来源于Ni2+掺杂所引入的新能级。此外，研究结果发现所获得的近红外长余辉光学材料不仅能响应温度变化，还能对溶剂刺激作出反应。结果表明，近红外长余辉材料持续性发光强度在含羟基的溶剂如水(H2O)和乙醇(C2H6O)中降低，而在无羟基的溶剂如正己烷(C6H14)和二甲基亚砜(C2H6OS)中持续性发光强度保持不变。基于研究结果，该研究推测近红外长余辉持续性发光对外部溶剂的响应是由于特定溶剂中与材料表面氨基的相互作用基团的吸附以及随后的荧光共振能量转移机制。此外，利用所获得的多重响应近红外持久发光材料，该研究进一步实现了多色、动态可逆的环境响应型光学信息加密，提高了信息加密的安全性。该研究有望为持久发光材料的光学性能优化提供简便方法，为多维动态以及智能化信息加密研究提供新思路。
 

　　该项研究得到了武汉大学科研公共服务条件平台、武汉大学人民医院、武汉大学化学与分子科学学院的支持。该项研究获得了国家科学技术部、国家自然科学基金委、新基石科学基金会、中国博士后科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、武汉大学人民医院交叉创新人才重点资助项目的经费支持。