聚集诱导发光的挑战与机遇

来源：中国科学杂志社

发光材料在日常生活中随处可见。聚集诱导发光(Aggregation-induced emission, AIE)材料克服了传统有机发光材料聚集导致猝灭的不利影响，开辟了有机发光材料研究的新方向。自2001年香港科技大学唐本忠院士提出AIE概念以来，该领域已经走过了近20年的历程。近日，新加坡国立大学刘斌教授和天津大学武文博教授在《国家科学评论》(National Science Review, NSR)发表观点(Perspective)文章，论述了AIE的挑战与机遇。文章首先回顾了AIE在实际应用中的突出表现。例如：

在液晶显示方面，使用AIE液晶可以去除背光层，降低器件的制作成本和能耗；

在有机发光二极管方面，使用聚集诱导延迟荧光(AIDF)分子作为发光层，可以使器件具有高亮度、高效率和低效率滚降；

使用手性AIDF作为发光层，可产生能直接用于3D显示的圆偏振光；

在生物医学领域，基于AIE分子的分子探针和纳米探针已经被应用于生物过程检测以及疾病的诊断和治疗；

最近，AIE分子也被应用于各种物理化学过程(如：聚合过程、凝胶过程、玻璃化转变等等)的示踪。AIE现象及其部分应用

文章也指出了近年来AIE分子所面临的一些挑战，如：

AIE分子的发射光谱相对较宽，这往往会影响到相应发光器件的色纯度，并降低其进行多通道检测的可能性；

AIE分子的吸收通常在较低波长，这会限制其穿透深度；

多数AIE分子的吸光度不高，这会降低其激发效率。

为应对这些挑战，研究者也进行了一系列工作。例如：

选择合适的能量受体或光子晶体方案，以实现窄波长发射；

通过双光子激发、上转换粒子手段实现AIE分子的近红外激发；

通过化学发光激发手段避免激发光的影响；

通过增强分子的平面性、延长共轭体系或共轭聚合的方式提高吸光系数等。

文章同时指出，由于结晶可以实现AIE分子更加紧密和有序的堆积，因此AIE分子在结晶后往往会表现出比之前更优秀的性质，例如：亮度的提高、吸收光谱红移和吸光度的增强(如下图)。可以预见，在大家的共同努力下，这些挑战将会在不久的将来得到彻底解决，并将为AIE领域的发展带来新的机遇。

结晶对AIE分子性能的提升

文章最后总结了AIE领域最新、最前沿的研究分支，如聚集诱导活性氧产生增强、室温磷光、机械发光、非共轭AIE材料等，并提出通过人工智能与大数据来更加方便、科学地设计多功能AIE分子，进而研究其在诸如能源、生物医学等方面的更多应用。