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无需化学修饰，“掺”出有机室温磷光材料 科技日报2021-08-04 08:30 小字 华东理工大学田禾院士和马骧教授团队设计了一种构建纯有机室温磷光材料的掺杂体系，只需要将普通的荧光染料掺杂进一种季铵盐聚合物中，无需对该染料进行任何化学修饰，即可赋予其发出室温磷光的性质。 因能在黑暗中熠熠发光，夜明珠被视为人间宝物。但传统的夜明珠都是能发出磷光的高标准天然无机材料，科学家们一直希望设计出无需任何化学修饰就能发出室温磷光（RTP）的有机材料。 科技日报记者8月1日从华东理工大学获悉，该校费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心的田禾院士和马骧教授团队设计了一种构建纯有机室温磷光材料的掺杂体系，为众多的化学和材料科学工作者提供了一种设计磷光材料的便捷手段。相关成果发表在最新一期国际著名期刊《德国应用化学》上。 解决了激发三重态的稳定问题 发光可分为磷光和荧光。磷光是一种特殊的发光现象。与常见的荧光不同，磷光的寿命更长，可从数毫秒到数小时，而且其发射波长距离激发波长更远。在当今世界，各种各样的磷光材料更因其独特性质在防伪、分子开关、生物成像等领域有着广泛的应用，也受到了化学、材料科学和生命科学工作者的关注。然而，夜明珠等传统无机磷光材料大多包含贵金属，成本高且毒性大。纯有机分子毒性低，但通常仅在极低温（如液氮温度）和惰性气体中才能发出磷光。纯有机室温磷光材料虽然通过各种手段也取得了一定的进展，但依然需要精巧的分子设计和复杂的合成手段。 马骧说：“实现有机分子的RTP，主要需解决激发三重态即一种特殊的电子激发状态的产生和稳定问题”。研究团队开发出了一种新颖的掺杂体系，只需要将普通的荧光染料掺杂进一种季铵盐聚合物中，即可赋予其RTP性质，而无需对该染料进行任何化学修饰。该聚合物具有溴离子，可以通过一种名为外部重原子效应的作用使得受激发的染料从单重态转化为三重态。同时，溴离子又和聚合物主链上的季铵阳离子形成强大的离子键网络。马骧说，这样的刚性网络会像“笼子”一样将染料分子牢牢“控制”住，抑制了激发三重态以放热的方式失活，从而使其发出磷光。 研究团队成员严子昂解释说，相对于共聚和结晶来说，掺杂策略很显著的优势就是，只需要把荧光染料和基质物理混合，不需要经过化学修饰就能把发出磷光的官能团键合在染料上。其次，掺杂策略具有很高的普适性，在日常生产中没有较高的技术要求，是一种相对简单的物理手段。“现存荧光染料只要在水、乙醇或者二甲基甲酰胺等溶剂当中有一定溶解度，很多都能通过该掺杂策略发出磷光，这极大扩展了此策略的使用范围。”严子昂说。 在磷光防伪领域应用潜力巨大 该策略还具有良好的通用性，包括萘亚胺、联萘酚、硫酸奎宁在内的多种传统荧光体经掺杂后都展现出了显著的磷光效应。由于不同染料的内禀性质不同，各掺杂体系的磷光光谱也显现出各不相同的波长和峰形，有效满足了科学工作者对不同性质的磷光材料的需求。 据悉，罗丹明B等染料在该聚合物中不仅发出了RTP，还通过反系间窜越过程发出了热激活延迟荧光（TADF），这是一种寿命比荧光更长的延迟荧光。TADF的产生也需要激发三重态的参与，这表明该掺杂策略不仅适用于磷光，还适用于其他涉及激发三重态的光物理和光化学过程。与晶态RTP材料不同，粉末X射线衍射表明，这些掺杂材料处于无定形态，说明这样的材料不需要晶体严格的生长条件，因此更易加工。该策略将为磷光材料的设计、应用以及有机分子激发三重态的研究提供一种便捷的手段。 像夜明珠一样的高效率、长寿命的纯有机室温磷光材料，未来将会得到广泛应用。马骧介绍说，磷光的特点是，当紫外线、阴极射线、X射线、加热等激发源撤除之后，材料仍可继续发光，这类材料在防伪领域应用潜力巨大。比如人民币上面用一些荧光材料来防伪，拿紫外线灯去照射时，它会发亮，但是这种发光性非常单一，如果在光源撤去之后还能再亮一段时间，发光的颜色甚至还和紫外线灯照射时的颜色不一样，那就大大增强了人民币的不可伪造性。这项技术还可用于制造其他易伪造商品的防伪标签。 责编：连丽敏
SpaceX衛星貼近中國太空站？小粉紅攻擊馬斯克 熱門文章 關閉 SpaceX衛星貼近中國太空站？小粉紅攻擊馬斯克 物理學家首次通過實驗重構量子波函數 氫原子的電子波函數示意圖。(公有領域) 科技新聞 物理學家首次通過實驗重構量子波函數 更新: 2021年12月28日 11:12 AM 人氣 492 Facebook Twitter Line 複製鏈接 字號 【大紀元2021年12月27日訊】（大紀元記者高文森編譯報導）經過十幾年的研究，一組科學家第一次通過實驗的方法成功地重構了量子波函數。這項成果11月3日發表於《自然》（Nature）期刊。 波函數是描述量子粒子特性的抽象概念，是物理學家構建量子力學的重要基石。電子在不同材料內部所展現的特性不同，掌握這其中的規律是研發新材料所需要的關鍵環節。 要預測一個電子在材料內移動的速度，或是它所攜帶的能量，科學家使用的是1929年物理學家菲利克斯·布洛赫（Felix Bloch）提出的布洛赫波（Bloch wave）函數。這對開發量子設備很重要。在這個函數提出九十多年後，這份研究終於首次通過實驗重構了這個波函數。 主要研究者之一加州大學聖塔芭芭拉分校（University of California，Santa Barbara，縮寫U.C.S.B.）畢業生喬·科斯特洛（Joe Costello）說：「電子的波函數很特別，如果你要設計用到量子學特性的新設備，你需要對這些（函數所涉及的）參數非常了解。」 這些參數非常抽象，比如電子的能量級、以及函數「相位」（phase）等。在以前的研究中，科學家對電子的能量級有了不錯的探討；然而隨著量子技術的發展，相位參數的重要性隨之增加。這正是這份研究重點突破的對象。 這個研究組用兩束激光和半導體材料砷化鎵進行實驗，從它們的互動中對相位參數展開探索。這個實驗包含三個步驟。第一步他們先用近紅外激光刺激材料內的電子。這給予電子能量使其在半導體中快速運動。電子是帶負電荷的，當它們快速運動的時候，會出現一個名為「空穴」（hole）的粒子隨著一起移動，空穴可以理解為是電子的影子粒子，但是它帶正電荷。 第二步，研究人員使用另一束超快脈衝激光把電子和空穴擊散，之後又快速允許它們重聚。這束激光作用的時間短到只有萬億分之一秒。最後，空穴和電子在分開期間所增加的能量，在重聚的時候以出現一道閃光的方式釋放。 十年前，這個研究組的負責人U.C.S.B.的物理學家馬克·舍溫（Mark Sherwin）就意識到，這些閃光的特性對激光的特性很敏感。現在，他引領的研究組通過實驗展示，電子和空穴重聚時所發出閃光，與開始的時候用於衝擊電子的激光的偏振特性密切相關。正是激光的偏振特性影響著電子和空穴之間波函數的不同「相位」。最後釋放的閃光的偏振性，也是由這個函數的相位決定的。 在以前，相位這樣抽象的參數無法用物理公式上實際的數字描述，而這份研究把它與實際的、光的偏振度的測量聯繫起來。 沒有參與這份研究的同行、斯坦福大學物理學家香布·吉米爾（Shambhu Ghimire）告訴美國科學人（Scientific American），這份研究把以前完全不可捉摸的、抽象的數學概念，用對光的測量展示了出來，這份研究的突破之處正在於此。◇# 責任編輯：葉紫微 標籤: 量子波函數 超快脈衝激光 偏振光 相關專題: 科學新知 / 科技前沿
https://m.youtube.com/watch?v=XW5eO3EypbM&list=PLstdOGDXMaWKAGMkTdfHj9mhC8p0Xt75O&index=44
https://www.lib.ntu.edu.tw/
2022年9月20日，《鏡週刊》報導高虹安博士論文抄襲，她開記者會駁斥指控，強調其論文沒有剽竊。對此，筆名「翁達瑞」的旅美教授陳時奮於下午張貼自己保存的「原版論文」指高不但抄襲還企圖掩飾抄襲行為[35]。高於同日備妥辛辛那提大學誠信中心回函之證明提出反擊，亦表示沒有侵害資策會著作權[36]，並針對外界質疑論文參考文獻於同年9月17日加上第64條來源，高表示：「官方網頁下載的版本，也不是我高虹安可以擅自修改上傳的[37]」，否認論文事後加工。9月21日，高虹安接受媒體訪問再度說明，「校方同意讓參考文獻更完美」，論文事後加工是校方同意、符合規定[38]。
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无需化学修饰，“掺”出有机室温磷光材料
科技日报2021-08-04 08:30
小字
华东理工大学田禾院士和马骧教授团队设计了一种构建纯有机室温磷光材料的掺杂体系，只需要将普通的荧光染料掺杂进一种季铵盐聚合物中，无需对该染料进行任何化学修饰，即可赋予其发出室温磷光的性质。
因能在黑暗中熠熠发光，夜明珠被视为人间宝物。但传统的夜明珠都是能发出磷光的高标准天然无机材料，科学家们一直希望设计出无需任何化学修饰就能发出室温磷光（RTP）的有机材料。
科技日报记者8月1日从华东理工大学获悉，该校费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心的田禾院士和马骧教授团队设计了一种构建纯有机室温磷光材料的掺杂体系，为众多的化学和材料科学工作者提供了一种设计磷光材料的便捷手段。相关成果发表在最新一期国际著名期刊《德国应用化学》上。
解决了激发三重态的稳定问题
发光可分为磷光和荧光。磷光是一种特殊的发光现象。与常见的荧光不同，磷光的寿命更长，可从数毫秒到数小时，而且其发射波长距离激发波长更远。在当今世界，各种各样的磷光材料更因其独特性质在防伪、分子开关、生物成像等领域有着广泛的应用，也受到了化学、材料科学和生命科学工作者的关注。然而，夜明珠等传统无机磷光材料大多包含贵金属，成本高且毒性大。纯有机分子毒性低，但通常仅在极低温（如液氮温度）和惰性气体中才能发出磷光。纯有机室温磷光材料虽然通过各种手段也取得了一定的进展，但依然需要精巧的分子设计和复杂的合成手段。
马骧说：“实现有机分子的RTP，主要需解决激发三重态即一种特殊的电子激发状态的产生和稳定问题”。研究团队开发出了一种新颖的掺杂体系，只需要将普通的荧光染料掺杂进一种季铵盐聚合物中，即可赋予其RTP性质，而无需对该染料进行任何化学修饰。该聚合物具有溴离子，可以通过一种名为外部重原子效应的作用使得受激发的染料从单重态转化为三重态。同时，溴离子又和聚合物主链上的季铵阳离子形成强大的离子键网络。马骧说，这样的刚性网络会像“笼子”一样将染料分子牢牢“控制”住，抑制了激发三重态以放热的方式失活，从而使其发出磷光。
研究团队成员严子昂解释说，相对于共聚和结晶来说，掺杂策略很显著的优势就是，只需要把荧光染料和基质物理混合，不需要经过化学修饰就能把发出磷光的官能团键合在染料上。其次，掺杂策略具有很高的普适性，在日常生产中没有较高的技术要求，是一种相对简单的物理手段。“现存荧光染料只要在水、乙醇或者二甲基甲酰胺等溶剂当中有一定溶解度，很多都能通过该掺杂策略发出磷光，这极大扩展了此策略的使用范围。”严子昂说。
在磷光防伪领域应用潜力巨大
该策略还具有良好的通用性，包括萘亚胺、联萘酚、硫酸奎宁在内的多种传统荧光体经掺杂后都展现出了显著的磷光效应。由于不同染料的内禀性质不同，各掺杂体系的磷光光谱也显现出各不相同的波长和峰形，有效满足了科学工作者对不同性质的磷光材料的需求。
据悉，罗丹明B等染料在该聚合物中不仅发出了RTP，还通过反系间窜越过程发出了热激活延迟荧光（TADF），这是一种寿命比荧光更长的延迟荧光。TADF的产生也需要激发三重态的参与，这表明该掺杂策略不仅适用于磷光，还适用于其他涉及激发三重态的光物理和光化学过程。与晶态RTP材料不同，粉末X射线衍射表明，这些掺杂材料处于无定形态，说明这样的材料不需要晶体严格的生长条件，因此更易加工。该策略将为磷光材料的设计、应用以及有机分子激发三重态的研究提供一种便捷的手段。
像夜明珠一样的高效率、长寿命的纯有机室温磷光材料，未来将会得到广泛应用。马骧介绍说，磷光的特点是，当紫外线、阴极射线、X射线、加热等激发源撤除之后，材料仍可继续发光，这类材料在防伪领域应用潜力巨大。比如人民币上面用一些荧光材料来防伪，拿紫外线灯去照射时，它会发亮，但是这种发光性非常单一，如果在光源撤去之后还能再亮一段时间，发光的颜色甚至还和紫外线灯照射时的颜色不一样，那就大大增强了人民币的不可伪造性。这项技术还可用于制造其他易伪造商品的防伪标签。
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物理學家首次通過實驗重構量子波函數
氫原子的電子波函數示意圖。(公有領域)
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物理學家首次通過實驗重構量子波函數
更新: 2021年12月28日 11:12 AM 人氣 492
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【大紀元2021年12月27日訊】（大紀元記者高文森編譯報導）經過十幾年的研究，一組科學家第一次通過實驗的方法成功地重構了量子波函數。這項成果11月3日發表於《自然》（Nature）期刊。
波函數是描述量子粒子特性的抽象概念，是物理學家構建量子力學的重要基石。電子在不同材料內部所展現的特性不同，掌握這其中的規律是研發新材料所需要的關鍵環節。
要預測一個電子在材料內移動的速度，或是它所攜帶的能量，科學家使用的是1929年物理學家菲利克斯·布洛赫（Felix Bloch）提出的布洛赫波（Bloch wave）函數。這對開發量子設備很重要。在這個函數提出九十多年後，這份研究終於首次通過實驗重構了這個波函數。
主要研究者之一加州大學聖塔芭芭拉分校（University of California，Santa Barbara，縮寫U.C.S.B.）畢業生喬·科斯特洛（Joe Costello）說：「電子的波函數很特別，如果你要設計用到量子學特性的新設備，你需要對這些（函數所涉及的）參數非常了解。」
這些參數非常抽象，比如電子的能量級、以及函數「相位」（phase）等。在以前的研究中，科學家對電子的能量級有了不錯的探討；然而隨著量子技術的發展，相位參數的重要性隨之增加。這正是這份研究重點突破的對象。
這個研究組用兩束激光和半導體材料砷化鎵進行實驗，從它們的互動中對相位參數展開探索。這個實驗包含三個步驟。第一步他們先用近紅外激光刺激材料內的電子。這給予電子能量使其在半導體中快速運動。電子是帶負電荷的，當它們快速運動的時候，會出現一個名為「空穴」（hole）的粒子隨著一起移動，空穴可以理解為是電子的影子粒子，但是它帶正電荷。
第二步，研究人員使用另一束超快脈衝激光把電子和空穴擊散，之後又快速允許它們重聚。這束激光作用的時間短到只有萬億分之一秒。最後，空穴和電子在分開期間所增加的能量，在重聚的時候以出現一道閃光的方式釋放。
十年前，這個研究組的負責人U.C.S.B.的物理學家馬克·舍溫（Mark Sherwin）就意識到，這些閃光的特性對激光的特性很敏感。現在，他引領的研究組通過實驗展示，電子和空穴重聚時所發出閃光，與開始的時候用於衝擊電子的激光的偏振特性密切相關。正是激光的偏振特性影響著電子和空穴之間波函數的不同「相位」。最後釋放的閃光的偏振性，也是由這個函數的相位決定的。
在以前，相位這樣抽象的參數無法用物理公式上實際的數字描述，而這份研究把它與實際的、光的偏振度的測量聯繫起來。
沒有參與這份研究的同行、斯坦福大學物理學家香布·吉米爾（Shambhu Ghimire）告訴美國科學人（Scientific American），這份研究把以前完全不可捉摸的、抽象的數學概念，用對光的測量展示了出來，這份研究的突破之處正在於此。◇#
責任編輯：葉紫微
標籤: 量子波函數 超快脈衝激光 偏振光
相關專題: 科學新知 / 科技前沿
https://m.youtube.com/watch?v=XW5eO3EypbM&list=PLstdOGDXMaWKAGMkTdfHj9mhC8p0Xt75O&index=44
https://www.lib.ntu.edu.tw/
2022年9月20日，《鏡週刊》報導高虹安博士論文抄襲，她開記者會駁斥指控，強調其論文沒有剽竊。對此，筆名「翁達瑞」的旅美教授陳時奮於下午張貼自己保存的「原版論文」指高不但抄襲還企圖掩飾抄襲行為[35]。高於同日備妥辛辛那提大學誠信中心回函之證明提出反擊，亦表示沒有侵害資策會著作權[36]，並針對外界質疑論文參考文獻於同年9月17日加上第64條來源，高表示：「官方網頁下載的版本，也不是我高虹安可以擅自修改上傳的[37]」，否認論文事後加工。9月21日，高虹安接受媒體訪問再度說明，「校方同意讓參考文獻更完美」，論文事後加工是校方同意、符合規定[38]。