香港科技大學與內地院所合作，應用「聚集誘導發光技術」（aggregation-induced emission fluorogens），成功對物理、化學過程中的多尺度動態變化，進行高對比、原位、實時觀測，突破了過往的技術局限。該研究成果已發表於《國家科學評論》。

論文：

• https://academic.oup.com/nsr/article/12/11/nwaf378/8250014#538860002

研究背景

材料的內在複雜性，體現於多尺度上的動態行爲，分子水平、微觀水平、宏觀水平之間相互關聯。聚合物乳液的成膜過程就是一個典型例子，它涉及水分蒸發、顆粒融合等多個過程。

對這些過程進行實時、精確的追踪，長期面臨挑戰。傳統方法通常是多種技術聯用，但這會導致數據整合的困難，且時空分辨率有限。

研究成果

香港科技大學化學及生物工程學系講座教授唐本忠教授、化學系林榮業教授、中國科學院長春應用化學研究所學者領銜的團隊，把「聚集誘導發光技術」（aggregation-induced emission fluorogens）應用於材料的多尺度觀察上。此類 AIE 熒光分子具有一種獨特性質，當其運動受限時，發光會顯著增强，從而能夠反映多尺度的動態變化。這樣可將分子傳感、微觀成像和宏觀檢測集成於同一系統之中。

團隊以 TPE-4S-Na 分子作為 AIE 探針，並以聚合物乳液成膜過程爲研究對象。在分子尺度上，隨著乳液轉變爲乾態，探針的運動自由度受聚合物鏈限制，其光致發光量子産率從 0.5% 急劇上升至 20.2%。實時熒光監測成功解析出三個明晰的乾燥階段：初始水分蒸發（0-11 分鐘）、快速乾燥（11-27 分鐘）和最終穩定（27-41 分鐘）。這爲了解局部乾燥狀態和濕 － 乾界面演化，提供了前所未有的見解。

在微觀尺度上，團隊觀察到在 25°C 下時有明顯的顆粒融合，AIE 探針通過特徵熒光圖案，揭示了毛細管力驅動的形變。而在 5°C 時，顆粒保持分離狀態，未發生融合。此外，在多層薄膜中通過明暗交替的熒光光環，直觀顯示了「咖啡環效應」（coffee ring effect），其熒光强度與原子力顯微鏡測得的厚度變化（邊緣相差 227nm）高度吻合。這爲理解缺陷的形成提供了直接證據。

宏觀尺度的監測方面，團隊將熒光强度與灰度值關聯，開發了一個使用普通照相機的低成本監測平臺，它能實時、清晰地顯示乾燥前沿從邊緣向中心推進的過程，其灰度分析不僅識別出濕區、顆粒堆積區、乾區，還劃分出三個動態階段，與上述的分子尺度觀測一致。該方法成本低廉，無需昂貴設備或特殊樣品製備，並已在工業規模的環保水性木器塗料、多種聚氨酯和聚丙烯酸酯乳液上得到了驗證。

研究團隊

論文第一作者是香港科技大學的 Jin Wang。共同通訊作者包括唐本忠教授、林榮業教授，長春應用化學研究所的 Xianhong Wang 和 Shunjie Liu。

來源：Eurek Alert、香港科技大學

如欲知道更多教科相關消息，請留意京港 Facebook 專頁：https://www.facebook.com/BHKAEC