[发明专利]苯醌基碳点/乙烯基吡咯烷酮类聚合物可擦写室温磷光复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了苯醌基碳点/乙烯基吡咯烷酮类聚合物可擦写室温磷光复合材料及其制备和应用，属于复合材料和有机室温磷光材料技术领域。以对苯醌衍生物和有机多胺为原料，经溶剂热法制备的苯醌基碳点与乙烯基吡咯烷酮类聚合物共混，制备可擦写室温磷光的复合材料；并将其应用于光刻印图案防伪方面。本发明通过调整基质分子量和/或密封加工条件调控室温磷光图形在材料中存储的时间；本发明通过碳点原料、基质和密封加工条件调变可实现可擦写磷光保存时间的调控以满足多样化的应用需求。

技术领域

本发明属于复合材料和有机室温磷光材料技术领域，具体涉及一种苯醌基碳点/乙烯基吡咯烷酮类聚合物可擦写室温磷光复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

磷光是发光分子受激发形成单重激发态后，经系间窜越形成三重激发态并进一步通过禁阻的(T₁→S₀)跃迁发光的光物理现象。由于三重激发态到基态的跃迁禁阻，与短寿命的荧光(～ns)相比，磷光具有较长的发光寿命(μs～h)。另一方面，由于三重激发态寿命较长，容易通过非辐射损耗淬灭，通常磷光发射需要较低的温度(如77K)来避免非辐射损耗。

室温磷光材料是一类可以在室温下实现磷光发射的材料，常见的室温磷光材料多含有重金属配位离子或含重金属的刚性晶体结构。重金属离子的存在能促进旋轨耦合，刚性结构则可以减少三重激发态的非辐射损耗，两者都可有效增强材料在室温下的磷光。

由于含重金属的无机室温磷光材料在毒性、成本方面还存在一些问题，近年来纯有机室温磷光材料的发展得到越来越多的重视。相比于前者，纯有机室温磷光材料通过构筑有机晶体或特定的主客体结构实现三重态发光，不依赖毒性较大、成本较高的重金属元素。在其中，基于碳点聚合物的磷光复合材料近年来正迅猛发展。碳点是一类尺寸在10nm以下，主要由碳，氮，氧等轻质元素构成的发光纳米颗粒。由于碳点表面通常具有丰富的氨基/羧基/羟基等官能团，它们能有效地被一些氢键作用较强的聚合物基质(如聚乙烯醇，聚丙烯酸，聚乙烯及吡咯烷酮等)固定，大大减少三重激发态的非辐射跃迁损耗并实现室温磷光。

在已报道的纯有机室温磷光材料中，大部分材料表现出稳定的室温磷光特性，遵循“激发→磷光发射”的简单发光过程。然而，在很多具体的应用场景对发光材料的智能性、环境响应性、可编辑性提出了越来越高的要求。针对这一要求，近年来可擦写的室温磷光材料应运而生(Wan S，Lu W.Angewandte Chemie International Edition，2017，56(7)：17841788.；Gu L，Shi H，Gu M，et al.2018，57(28)：84258431.；Gmelch M，Thomas H，FriesF，et al.Science advances，2019，5(2)：eaau7310.)。这类材料在使用中可预先通过光照可逆地改变被照射部位的光物理特性，在后续激发光作用下形成局部的室温磷光发光，从而实现可反复擦写的室温磷光图案。

目前，纯有机可擦写室温磷光材料的成功案例极少，且由于依赖小分子有机染料，对其性能的调控往往受到合成手段/成本的限制。而碳点基室温磷光材料多具有成本低廉，性能可调的优点，但截至目前为止，碳点基复合材料的可擦写室温磷光仍未见报道。如何使用碳点基材料实现低成本、可调节的纯有机可擦写室温磷光具有重要的学术价值和现实意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是如何使用碳点基材料实现低成本、可调节的纯有机可擦写室温磷光复合材料。为了解决以上技术问题，本发明的目的是提供了一种苯醌基碳点/乙烯基吡咯烷酮类聚合物可擦写室温磷光复合材料；本发明的另一目的在于提供一种苯醌基碳点/乙烯基吡咯烷酮类聚合物可擦写室温磷光复合材料的制备方法；本发明还有一个目的是提供一种苯醌基碳点/乙烯基吡咯烷酮类聚合物可擦写室温磷光复合材料的应用。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：