北理工團(tuán)隊(duì)在“不可見(jiàn)冰”高對(duì)比成像領(lǐng)域取得進(jìn)展
發(fā)布日期：2026-04-16 供稿：材料學(xué)院 賀志遠(yuǎn)、蔡政旭 攝影：材料學(xué)院
編輯：牟雪嬌 審核：程興旺 閱讀次數(shù)：
北京理工大學(xué)賀志遠(yuǎn)教授課題組與蔡政旭教授課題組合作，在“不可見(jiàn)冰”高對(duì)比成像研究中取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以Ion-Specific Freezing-Induced NIR Phosphorescence: Interfacial Synergy Enables Imaging of “Invisible Ice”為題，在化學(xué)頂級(jí)期刊《Angewandte Chemie International Edition》上發(fā)表。北京理工大學(xué)材料學(xué)院賀志遠(yuǎn)教授、蔡政旭教授和陳笑非教授為論文共同通訊作者，董宇平教授對(duì)該工作給予了重要指導(dǎo)。
結(jié)冰廣泛存在于航空、電力和風(fēng)能等領(lǐng)域，但透明冰或“不可見(jiàn)冰”往往難以通過(guò)傳統(tǒng)方法準(zhǔn)確識(shí)別。針對(duì)這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并合成了一系列離子型發(fā)光探針PP4P-X（X = F-, Br-, I-, NO3-, SCN-），系統(tǒng)研究了不同反離子對(duì)凍結(jié)誘導(dǎo)發(fā)光行為的影響。研究發(fā)現(xiàn)，凍結(jié)過(guò)程普遍能夠增強(qiáng)其熒光，而近紅外磷光的開(kāi)啟則表現(xiàn)出顯著的離子特異性，其中PP4P-F的凍結(jié)誘導(dǎo)增強(qiáng)響應(yīng)最為顯著，PP4P-Br次之，其余探針則未表現(xiàn)出明顯的近紅外磷光增強(qiáng)現(xiàn)象。。
機(jī)理研究表明，PP4P-F和PP4P-Br在冰-水界面的特異吸附可誘導(dǎo)探針?lè)肿釉趦鼋Y(jié)前沿形成致密聚集，從而促進(jìn)系間竄越并抑制三重態(tài)非輻射衰減，最終實(shí)現(xiàn)近紅外磷光增強(qiáng)?；谶@一機(jī)制，PP4P-F能夠在聚氨酯海綿、水凝膠、生物組織和凍土等復(fù)雜體系中實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度冰成像，凍結(jié)后信噪比最高提升152倍，并可用于風(fēng)洞條件下模型飛機(jī)結(jié)冰位置與厚度演化的可視化監(jiān)測(cè)。該工作為復(fù)雜環(huán)境中“不可見(jiàn)冰”的非接觸、原位、定量檢測(cè)提供了新方法，也為離子調(diào)控凍結(jié)界面發(fā)光材料的設(shè)計(jì)提供了新思路。
圖1. 離子型探針PP4P-X（X = F-, Br-, I-, NO3-, SCN-）的分子結(jié)構(gòu)及其光物理性質(zhì)
圖2. PP4P-F在凍結(jié)-融化過(guò)程中的發(fā)光響應(yīng)演化及宏觀(guān)成像
圖3. 冰-水界面凍結(jié)誘導(dǎo)發(fā)光的離子特異性及原位成像表征
圖4. 不同反離子對(duì)冰晶生長(zhǎng)行為及冰-水界面作用機(jī)制的調(diào)控
圖5. PP4P-F在復(fù)雜介質(zhì)中“不可見(jiàn)冰”的高對(duì)比度近紅外磷光成像
圖6. 凍結(jié)誘導(dǎo)近紅外磷光策略在風(fēng)洞條件下模型飛機(jī)結(jié)冰監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目、北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目、河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目以及中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金的資助。
全文鏈接： https://doi.org/10.1002/anie.7443864
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