室溫磷光水凝膠因其獨特的光學性質，在柔性電子、生物成像、信息加密等領域具有應用潛力。但是，室溫磷光材料易受水分子和氧氣影響，進而導致三重態激子湮滅與非輻射能量耗散。傳統室溫磷光水凝膠通常采用聚合物基質剛性化的策略，可在一定程度上防止發光團猝滅并減少分子熱運動，但過度結晶或取向會使室溫磷光水凝膠變脆，并在裂紋等薄弱環節發生斷裂。因此，亟需賦予室溫磷光水凝膠優異的單軸/雙軸拉伸性能和抗撕裂性能，以拓展其應用范圍。
針對上述問題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員陳濤和研究員路偉團隊聯合南京工業大學教授朱寧，報道了超分子限域-纏結協同策略，并構筑了具有優異單軸/雙軸拉伸性能和抗裂性的室溫磷光水凝膠。
研究人員通過超分子限域-纏結協同策略，使沒有完全水合的聚合物單體在聚合過程中形成高度纏結，并通過超分子限域作用，促進4-聯苯硼酸@β-環糊精（4-BB@β-CD）聚集體致密化，有效抑制了分子振動并穩定三重態，使凝膠具有良好的室溫磷光性能、優異的單軸/雙軸（21000%/10000%）拉伸性能以及韌性（31.6MJ m-3）。同時，研究將PAETC/4-BB@β-CD水凝膠設計為沒有靜態化學交聯的結構，使聚合物鏈之間形成的高度纏結在持續拉伸過程中可以逐漸解開，并增加物理交聯點之間的鏈長，從而減少應力集中。因此，在大幅度單軸/雙軸拉伸下，凝膠仍可表現出良好的室溫磷光性能。實驗表明，存在單邊缺口的水凝膠能夠拉伸至20500%，并展現出高達157kJ m?2的高斷裂能。
近日，相關研究成果以Supramolecular Entanglement Driven Emissive Aggregate Enabling Room-Temperature Phosphorescence Hydrogels with Ultra-Stretchability and Crack-Tolerance為題，發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、浙江省等的支持。