William威廉亚洲官网潘跃晓教授团队在国际知名期刊《Advanced Functional Materials》发表铜-碘杂化闪烁体研究成果

近日，William威廉亚洲官网潘跃晓教授领衔的发光材料研究团队在自陷激子调控、柔性 X 射线闪烁成像与多维光学加密领域取得重要原创研究进展，相关研究成果以SelfTrapped Exciton Regulation in a Copper–Iodide Hybrid for Flexible XRay Scintillation Imaging and Optical Encryption为题，在线发表于材料领域国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》。William威廉亚洲官网为论文第一完成单位，William威廉亚洲官网博士生张晨阳为论文第一作者，潘跃晓教授为主要通讯作者，中国科学院长春应用化学研究所林君研究员、重庆邮电大学张文霞博士为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目的资助支持。

零维有机-无机杂化铜 (I) 卤化物凭借柔性晶格、强电子-声子耦合、高发光量子产率等优势，是下一代无铅闪烁体、刺激响应发光材料的重要候选体系。在单一组分材料中构建并精准调控多重竞争自陷激子（STEs），实现可调制多色发光，是该领域亟待突破的关键科学难题。多数已报道铜卤化物材料仅存在单一自陷激子发光通道；若要实现多色发射，往往需要离子掺杂、相变等复杂手段，面临相分离、重复性差、调控难度大等现实瓶颈，极大限制了多功能光电器件的实际开发与应用。

针对上述科学问题，团队通过溶剂热合成策略，制备得到新型铜碘杂化单晶材料[(C₄H₁₆N₃)·H₂PO₂]CuI₃。该晶体属于单斜晶系 C2/c空间群，晶体结构中平面三角形[CuI₃]^2-无机阴离子单元、质子化二乙烯三胺有机阳离子与次亚磷酸根阴离子共存；依靠丰富的N–H···O氢键相互作用，将有机、无机组分连接构筑三维超分子骨架，有效提升晶格结构稳定性。

研究表明该材料具有激发波长依赖的双自陷激子发射行为：314 nm 紫外光激发下产生 488 nm 高能青色发光，光致发光量子产率高达 93.1%；338 nm 激发产生 589 nm 低能黄色发光，量子产率可达 68.6%。结合变温光谱、黄里斯因子、DFT 理论计算与从头算分子动力学（AIMD）模拟证实：材料内部存在两套相互竞争的自陷激子态；不同激发能量可选择性布居不同激发电子态，经[CuI₃]^2-阴离子局域晶格弛豫，形成两套具有差异化Cu···Cu金属金属距离的畸变构型，分别对应青色与黄色两个发光通道，二者寿命分别为 9.02 μs、17.14 μs，表现典型三重态激子发光特征。同时，该体系表现出可逆热致变色发光特性。温度升高引发晶格热膨胀，Cu···Cu间距增大、金属相互作用减弱，驱动两套自陷激子的布居动态重分配，发光颜色由黄色逐步向青色转变，多次升降温循环后，晶体结构与发光性能均可恢复。此外，材料发光强度随环境相对湿度呈线性衰减，展现出湿度传感应用潜力。

依托铜、碘重原子带来优异 X 射线衰减能力，该杂化晶体展现出优异的 X 射线闪烁性能，估算光产率可达34,353 photons MeV^-1，显著优于商用 BGO 闪烁晶体；X 射线探测下限低至371 nGy_air s^-1，远低于医用 X 射线诊断标准剂量。值得注意：X 射线高能辐照下材料仅输出 488 nm 青色单带辐射发光，区别于紫外光下的双发射现象。机理研究揭示，高能 X 射线产生大量次级载流子，激子优先布居晶格畸变更小的浅自陷激子态；而低能发光对应的深度晶格重构过程被动力学抑制，因此关闭黄色发光通道。

团队将闪烁体粉体与 SEBS 弹性体复合，通过旋涂工艺制备大尺寸、可弯折拉伸的柔性闪烁薄膜[(C₄H₁₆N₃)·H₂PO₂]CuI₃@SEBS。复合薄膜保留母体材料绝大多数发光性能，同时具备疏水抗水、机械柔韧的优势。基于该柔性闪烁屏搭建 X 射线成像系统，实现14.25 lp mm⁻¹ 的高空间分辨率，成功完成生物样本（鱼骨骼）、集成电路芯片、耳机元器件的清晰 X 射线成像，骨骼缝隙、芯片内部布线、耳机线圈等细微结构均可分辨，为柔性辐射探测、医学与工业无损检测提供新方案。

利用晶体粉末遇水可逆淬灭变色，而 SEBS 复合薄膜可隔绝水分子、发光保持稳定的差异化环境响应特性，团队进一步构建多维光学信息加密防伪原型器件。通过将粉末与复合薄膜组合印刷预设图案，在不同激发波长、干湿环境的多重刺激切换下，实现信息的动态隐藏与读取，完成基于摩尔斯密码的加密演示。此外，该材料还可用于构建温度可视化柔性发光器件，在固态照明、多维度信息安全领域具备广阔应用前景。该工作系统阐明单组分铜碘杂化材料中双自陷激子的微观起源，建立 “晶体结构自陷激子动力学发光性能” 构效关系，为设计开发兼具柔性 X 射线探测、刺激响应发光功能的无铅金属卤化物光电功能材料提供新思路与实验范例。

团队简介 温州大学潘跃晓教授课题组长期聚焦于卤化物发光材料、闪烁体、防伪与光功能器件研究，在自陷激子发光、刺激响应多功能杂化卤化物方向形成系列特色成果。

相关论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.78232

作者：潘跃晓教授团队

一审：李佳函

二审：温正灿

三审：雷云祥