無機稀土發光材料通常用于照明、顯示、激光和生物醫學等領域，隨著應用領域的迅速發展，調控材料的熒光性能在擴展其應用中有著重要的理論價值和實用前景。一些特殊材料在外場刺激下能夠產生可逆的變色效應，并伴隨著熒光性能的變化，基于變色效應的可逆熒光調控逐漸成為了研究熱點。

近日，昆明理工大學的 楊正文 等人對近年來基于變色效應的無機稀土發光材料的熒光可逆調控及應用進行了總結，介紹了在電場、熱場及光場刺激下，無機稀土發光材料的變色效應對熒光性能的可逆調控，并探討了其在光開關、防偽識別、光存儲等領域的應用研究進展。

該文章以“基于變色效應的無機稀土發光材料熒光可逆調控及應用”為題發表于《發光學報》（EI、Scopus收錄，中文核心期刊），并被選為封面文章。

圖1：《發光學報》2022年第43卷第4期 期刊封面

一、變色效應的分類

（1）電致變色：材料的光學性能包括反射率、透過率、吸收率等，在外加電場的作用下發生變化，在外觀上表現為顏色及透明度的變化。

（2）熱致變色：當材料加熱到某一溫度范圍或特定溫度時發生變色，回到初始溫度后顏色恢復，該現象即為可逆熱致變色。

（3）光致變色：材料在特定波長光的刺激下表現出光學性能的變化，從而發生顏色的改變，并且可以通過另一波長的光刺激或熱刺激恢復原始狀態，兩種不同狀態之間的可逆轉變即為可逆光致變色。

二、基于變色效應的熒光可逆調控

在外場刺激下的變色過程中，無機稀土發光材料的吸收帶與稀土離子發光中心的發射帶重疊，能夠使基質的吸收抑制發光，或者產生從發光中心向色心的能量傳遞，發生吸收和發光特性的變化，從而使熒光強度猝滅，獲得基于變色效應的熒光強度調控。

（一）基于電致變色效應的熒光可逆調控及應用

早期工作中，電致變色效應多用于改變材料的光學吸收特性，從而廣泛應用于節能智能窗、顯示器等領域。隨著近幾年的研究發展，電致變色效應開始被應用于發光材料中，研究表明在電場的刺激下，變色效應誘導的可逆熒光強度調控經過多次重復，仍具有良好的穩定性，顯示了其在光存儲器件中的應用潛力（圖2a）。

（二）基于熱致變色效應的熒光可逆調控及應用

近年來的研究表明基于熱場的刺激，通過改變燒結條件，無機稀土發光材料能夠獲得可逆的熱致變色現象和熒光強度調控，經過幾個周期循環后仍然顯示出良好的可逆性和可重復性，使得基于熱致變色效應的可逆熒光強度調控獲得了潛在的應用價值，擴展了除傳統熱致變色智能窗以外的光開關、防偽識別等應用（圖2b）。

圖2：（a）基于電致變色效應的熒光可逆調控；（b）基于熱致變色效應的熒光可逆調控。

（三）基于光致變色效應的熒光可逆調控及應用

光場刺激具有易操作、安全性和實時性的優勢，在無機稀土發光材料中，基于光致變色效應能夠實現實時、高效、穩定、可逆可重復的熒光強度調控。

（1）防偽應用

防偽技術現已廣泛應用于身份證、貨幣、商品智能包裝、標簽和重要文件等。然而傳統的防偽技術容易受到侵犯，因此需要開發難以復制、識別度高和成本低的先進防偽技術。在無機稀土發光材料中，基于光致變色效應調控熒光強度可以獲得高的光學信息識別度和信息的無損讀出，從而滿足材料在防偽領域的實際應用需求（圖3a）。

（2）光存儲應用

隨著現代互聯網和智能設備的飛速發展，數據存儲容量的需求越來越大，光存儲技術與傳統的固態存儲和磁存儲技術相比，具有成本和能耗低、存儲壽命長、非接觸式讀寫、可重寫等優點。將具有光致變色性能的發光材料作為光存儲介質，通過①選擇合適的激發波長避免與吸收帶之間重疊所導致的二次吸收、②構建發光中心與色心之間的有效能量傳遞、③制備新型基質材料（例如柔性薄膜、透明玻璃）等策略，可在光學數據的“讀寫”過程中實現響應速度快、存儲密度高、耐疲勞、無損讀取等優勢（圖3b）。

圖3：基于光致變色效應的熒光可逆調控的應用：（a）防偽識別；（b）光存儲。

三、結論與展望

（1）基于電致變色效應的熒光可逆調控

電場刺激下的變色效應，其變色和漂白狀態具有穩定性，響應速度快，可用于制備能耗低、穩定性好的電致變色器件。然而現階段多數報道仍然集中在利用電致變色效應改變材料的光學吸收特性，目前迫切需要在無機稀土發光材料中實現基于電致變色效應的可逆熒光調控，從而拓展其在發光智能窗、發光二極管等新型領域的應用。

（2）基于熱致變色效應的熒光可逆調控

由于外加熱場的變化具有連續性，在基于熱致變色效應的可逆熒光調控研究中，難以實現調控的穩定性和精確性，在實際應用中仍具有局限性，因此還需要進一步的研究發展。

（3）基于光致變色效應的熒光可逆調控

光場刺激由于更具有易操作性、實時性、安全性等優勢，成為了現階段的主要研究目標，特別是在光開關、防偽識別、光存儲等新型領域具有大量的研究。然而目前基于光致變色效應的可逆熒光調控研究還存在一些問題，例如調控率、響應速度仍需要進一步提高，從而提高光學信號的識別度、實時性、精確性等。此外還需開發可用于多種復雜環境的新型基質材料，從而進一步擴展無機稀土發光材料的應用領域。

作者介紹

楊正文，昆明理工大學材料科學與工程學院，教授、博士研究生導師。2009 年于清華大學獲得博士學位，目前主要從事稀土發光材料發光性質的調控及應用研究。以第一或通訊作者在 Light: Science& Application、ACS Energy Letter、Science China-Materials、Advanced Optical Materials、Chemical Engineering Journal、ACS Applied Materials & Interfaces 等期刊發表論文 100 余篇。
E-mail: yangzw@kust.edu.cn

| 論文信息 |

白雪，徐贊，字映竹，肖代文，付麗香，何彥妮，趙和平，楊釗爍，宋友艷， Asif Ali Haider，向斐斐，宋志國，寸陽珂*，邱建備*，楊正文*. 基于變色效應的無機稀土發光材料熒光可逆調控及應用[J]. 發光學報, 2022, 43(4):463-477.

https://cjl.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJL.20210326

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