稿件创新点

       本文开发了一种具有高环境稳定性和多模式发光特性的聚合物复合材料，通过将有机发光分子封装于聚丙烯酰胺微球中，并嵌入金纳米棒掺杂、铁离子交联的UCST（上临界共溶温度）水凝胶中，构建了兼具荧光、热激活延迟荧光和磷光的三重发射复合材料。通过拉伸、3D打印挤出或紫外光刻调控金纳米棒的取向，实现了偏振依赖的发光行为。在300%应变下，520 nm处的偏振荧光强度差达到0.29。此外，通过局部压印调控材料厚度，实现了蓝绿荧光与偏振图案的共存。该材料还具备自愈合、湿度响应和可重复图案化能力，在多重光学加密和智能防伪领域展现出广阔应用前景。

随着对高安全性防伪技术的需求日益增长，能够实现动态信息加密与多维光学信号调控的材料成为研究热点。传统单一模式防伪材料存在易破解、信息容量有限等问题，亟需创新突破。有机发光材料因其多样的激发-发射特性与高度可设计性，在光学加密领域备受关注。然而，现有材料在实际应用中仍面临环境稳定性差、多模式独立调控困难、偏振与多模式发射难以协同等挑战。

基于上述背景，广东工业大学陈旭东教授课题组设计并制备了一种金纳米棒掺杂的铁离子交联UCST水凝胶复合材料，并将通过聚丙烯酰胺微球包裹封装荧光分子，将封装体系引入水凝胶复合材料中，制备Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料。复合发光材料在365 nm紫外光激发下，可同时发射荧光（495 nm）、热激活延迟荧光（500 nm）和磷光（610 nm），展现出三重发射特性（图1及图2所示）。

图1  Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料的构建。(a) Au-UCST-Fe³⁺水凝胶的合成；(b)聚丙烯酰胺微球的制备；(c)发光分子的封装；(d) Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料的制备。

研究团队系统表征了材料的光物理性能（图2）。结果表明，封装后的发光分子仍保持良好的荧光和延迟发光特性，且其延迟荧光成分随温度升高而增强，证实了其热激活延迟荧光行为。在不同温度下的瞬态寿命测试进一步验证了500 nm处为TADF发射，610 nm处为磷光发射。

图2  (a)荧光分子的分子结构；(b)荧光分子的室温光致发光光谱；(c)封装体系的室温延迟发光光谱；(d)低温下荧光分子的时间依赖延迟磷光光谱；(e)发光分子在500 nm处的瞬态衰减曲线；(f)发光分子在610 nm处的瞬态衰减曲线。

 复合材料的光物理性能得到完整保持（图3）。光致发光光谱显示复合材料的发射峰与聚丙烯酰胺微球封装体系保持一致，延迟荧光和磷光特征峰分别位于500 nm和605 nm。在300%拉伸应变下，平行偏振方向的荧光强度明显高于垂直方向，表明材料具有良好的偏振发射保持能力。

图3  (a) Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料的室温荧光光谱、延迟荧光光谱和磷光光谱；(b)Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料拉伸示意图；(c)分别用平行和垂直于拉伸方向的偏振光测量了Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料在300%拉伸应变下的偏振荧光光谱；(d)用平行和垂直于拉伸方向的偏振光测量了Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料在300 %拉伸应变下的偏振延迟荧光和磷光光谱。

 材料的偏振光学性能对应变具有依赖性（图4）。随着拉伸应变增大，金纳米棒沿拉伸方向排列，导致横向表面等离子共振吸收增强，荧光发射呈现明显偏振依赖性。在300%应变下，偏振荧光差异达到0.29，显示出优良的偏振调控能力。

图4  (a)Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料在不同拉伸度下，平行和垂直于拉伸方向的偏振光下的照片。(b) Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料在不同拉伸度下，紫外光照射下的荧光颜色。(a)和(b)中的标尺：2 cm。(c)不同拉伸应变下Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料在垂直于和平行于拉伸方向的偏振光下的荧光光谱。(d)不同应变下垂直于和平行于拉伸方向的偏振光在520 nm处横向表面等离子体共振(SPR)吸收强度的差异。(e)不同拉伸应变下Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料在垂直于和平行于拉伸方向的偏振光下的荧光发射强度。(f)不同拉伸程度下平行和垂直于拉伸方向的偏振光在横向SPR峰(520 nm)处的荧光发射强度的差异。

 研究展示了材料的3D打印应用（图5）。3D打印的图案在不同偏振方向下呈现不同颜色，当通过平行于水平方向的偏振片观察时，大圆圈呈现灰绿色，小圆圈呈现红色。相反，在垂直偏振下，图案的颜色发生了逆转，显示出优良的偏振依赖特性。

图5  (a)Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料3D打印网格在自然光下的偏振图像；(b)Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料3D打印网格在紫外光下的照片；(c)利用Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料进行3D打印图案线条；(d)紫外光和自然光下图案的荧光和偏振图像。

紫外光刻技术可实现局部图案化（图6）。通过掩膜和紫外照射选择性破坏金纳米棒取向，使照射区域失去偏振特性，而掩膜区域保留偏振性能，创建了具有不同偏振特征的数字图案。

图6  (a)柠檬酸存在下三价铁与羧基的反应示意图；(b)数字图案在自然光和紫外光下的图像；(c)不同偏振方向的紫外光下观察到的数字图案的图像。

 局部压印技术通过控制材料厚度调控金纳米棒分布（图7）。薄区域保留蓝绿荧光，厚区域显示偏振相关颜色，实现了荧光与偏振图案的协同显示，为动态防伪提供了新思路。

图7 (a)局部压印图案示意图；(b)Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料的荧光偏振图案；(c)Au-UCST-Fe³⁺复合发光材料在紫外光开/关条件下，"塔"图案的荧光、偏振荧光、偏振延迟荧光和偏振磷光图像。

本工作题为“Multi-mode polarized luminescent Au-nanorod polymer composites for advanced optical anti-counterfeiting”, 发表在Chinese Journal of Polymer Science。徐丽蓉博士是该论文的第一作者，鲁少林、冯登崇和杨玉照为共同通讯作者。

Citation

Xu, L. R.; Wang, J. Y.; Huang, J. T.; He, Q. Y.; Lu, S. L.; Feng, D. C.; Ma, Z. T.; Yuan, Z. K.; Yang, Y. Z.; Chen, X. D. Multi-mode polarized luminescent Au-nanorod polymer composites for advanced optical anti-counterfeiting. Chinese J. Polym. Sci. 2025, 43, 2118–2127

DOI：10.1007/s10118-025-3428-1