光(如阳光)作为生存不可缺少的重要条件,不但让万物感受到温暖和日夜的更替,学会作息与繁育,更是促进人类进化和文明发展的最大动力。在与生俱来的好奇心与执着性格的驱使下,人们不止于只享受自然的恩赐,而是要随时随地获取理想的光,并控制光的行为与功用,光的科学由此诞生了。
从先秦墨子对光学的最初探索,到现代物理学中的量子力学和狭义相对论,每个时代的人们都没有停止对光的追逐。无论是筚路蓝缕的古之先贤,还是孜孜不倦的当代科研工作者,在浩瀚的光学知识海洋前都还是初学者,永远在探索的路上。正是由于这种对光持之以恒的研究,新概念和新理论不断产生,在改变人们思想的同时,产生了改变世界面貌的新材料和新器件。
发光材料的基础研究与染料化学和物理密切相关。19世纪中叶,Stokes在考察奎宁和叶绿素的发光时发现,在短波长光的照射下,有些物质能放射出一种比激发光波长更长的光,他将这种光命名为“fluorescence(荧光)”。过去染料多作为荧光涂料、荧光颜料和荧光增白剂等用于塑料、纸张、合成洗涤剂、合成纤维和油墨印刷等传统行业。随着社会的进步和科学的发展,荧光材料将被广泛应用于新兴学科和技术领域,如有机发光材料、有机场效应晶体管、荧光标记及荧光分子探针等,已在国家安全、环境、工农业、生物学和医学检疫诊断等科学研究、人类健康和生产生活等领域发挥越来越大的作用。
然而,传统有机发光材料不能完全满足现代科学技术的应用要求。早在20世纪中叶,Frster等就发现:发光材料单分子分散时可以表现出很好的发光性能,但聚集后就会由于非辐射能量转移而减弱发光或完全不发光,这就是著名的“聚集导致荧光猝灭”(Aggregation-CausedQuenching,ACQ)现象,并被Birks在年作为一种“在大部分芳烃及其衍生物中很常见”的现象写入他的经典著作《芳香分子的光物理学》中。现在普遍认为ACQ产生的原因是在浓溶液中或固体状态下,生色团分子间π-π相互作用导致聚集体形成,而聚集体激发态常通过非辐射跃迁途径衰减,使得材料发光减弱甚至不发光。这一聚集/浓度诱导荧光猝灭效应迫使人们只能在极稀溶液中或单分子状态下研究和使用荧光生色团。尽管人们曾尝试采用化学、物理或工程的方法或途径降低ACQ的影响,然而结果并不十分理想,分子聚集也只是部分或暂时被抑制,其困难归因于在固态下发光分子聚集是一种自然过程。因而,人们有必要革新思维方式,从改变聚集态结构上来消除ACQ现象。
年,香港科技大学唐本忠教授发现溶解在乙腈中的1-甲基-1,2,3,4,5-五苯基硅杂环戊二烯及其衍生物在稀溶液中几乎不发光,但当加入非溶剂水越多时,所引起的分子聚集现象越严重,发射的荧光则越强烈,即表现为与ACQ完全相反的发光现象,为此唐本忠教授在国际上首次提出“聚集诱导发光”(Aggregation-InducedEmission,AIE)的概念。这一新概念改变了人们关于ACQ的传统观念,为克服传统发光材料ACQ的痼疾开辟了一条新的途径。AIE研究引发了对有机发光机理的更深入探索,并带来了分子设计、材料制备、聚集态结构调控及器件实际应用等方面的深刻变革。近20年来,与AIE相关的论文数和引文数均呈指数上升。据中国科学院文献情报中心与汤森路透旗下的知识产权与科技事业部联合发布的《研究前沿》报告,“聚集诱导发光化合物的合成、性质和用于细胞成像”在化学和材料领域十大研究前沿中排名第二。年《自然》杂志更是以“Thenanolightrevolutionis