在透明薄膜上调节彩色发光的新方法

　　来自东京科学大学（Tokyo University of Science）的研究人员描述了一种轻松调节固态透明材料发光的新方法。这种方法是通过施加电压调节物体中质子的浓度来实现的。

　　

　　这种材料是在Makoto Tadokoro的实验室里开发的。他和团队其他成员，包括Nihon University的Hajime Kamebuchi和Tokyo University of Science的Taiho Yoshioka，从一种名为Nafion的透明聚合物薄膜开始展开研究。Nafion 薄膜是众所周知的质子导体(通过质子的运动来导电的材料)和阳离子交换器(容易吸引带正电粒子的材料)。Nafion的另一个有用的特性就是它的分子结构。当它浸入含有金属化合物的溶液中时，Nafion 的结构允许将两种发光体金属的"复合物"嵌入到其结构里面，比如稀土金属Tb和Eu。

　　

　　最终产品是一种含金属复合物的聚合物薄膜。当它浸入到酸性溶液中时，它变成了绿色。当浸泡在碱性溶液中时，它变为红色。在中性溶液中，它呈现黄色。研究人员利用光谱分析来理解其工作机理。在酸性溶液中，Nafion中的质子正在"点亮"Tb金属离子，而不是Eu金属离子。而在碱性溶液中，Eu金属离子则被点亮，而Tb离子的发射却被压制了。在中性溶液中，两者都发出光。这个分析的结果证实了材料内的质子浓度梯度决定了它的发光程度。

　　

　　科学家接下来能够轻松地调整发光。将浸入酸性溶液后的聚合物材料连接到电池，材料呈现绿色。但是当施加电压时，质子向材料负电荷一侧移动时，质子不足的正电荷一侧开始变红。材料的中心部分则变黄了。

　　

　　Tadokoro说：“我们认为这是研究中最具挑战性的部分，这也有幸成为了我们最大的成功。在电场的作用下，质子在固体介质中的流动是可以控制的，这个发现使我们能够控制发射光的‘颜色’，这是史无前例的。在生物系统中，离子流动对生物化学过程至关重要。而我们展示的‘固态离子’可以在应用于很多不同的领域。我们的发现表明，廉价的多色发光玻璃或薄膜材料可以制造出来，只需施加电压就可以控制材料内的质子流以及质子的梯度，从而调节发光。换句话说，不仅电子可以传导可以控制发光，质子传导也可以是控制材料发光的一种方式。”

　　

　　研究人员现在的目标是在系统中增加一个能发出蓝光的复合物，从而制造出一种能够覆盖整个可见光谱的发光材料。这项研究发表在《Materials Advances》(www.doi.org/10.1039/d0ma00237b).