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異質(zhì)結(jié)構(gòu)通過在單一體系中整合不同的半導(dǎo)體材料，是多種現(xiàn)代電子與光電器件中的關(guān)鍵組成部分。其中一維有機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)因其沿軸向可調(diào)控電荷與激子傳輸?shù)奶匦?，在微納光子編碼和智能傳感等領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢。隨著器件向高集成度和高信息容量發(fā)展，具備可控空間分段結(jié)構(gòu)與多色熒光輸出的一維有機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)成為突破傳統(tǒng)功能瓶頸的關(guān)鍵方向。然而，現(xiàn)有制備方法存在局限：自上而下的微納加工過程復(fù)雜且易產(chǎn)生缺陷，自下而上的外延生長又受晶種鈍化與對稱性限制，難以實(shí)現(xiàn)多分段可控構(gòu)筑和靈活光學(xué)調(diào)控，限制了其在高容量光子編碼等領(lǐng)域的應(yīng)用。

針對這一瓶頸問題，近日齊魯工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)部高振華教授與中科院化學(xué)研究所趙永生研究員合作，創(chuàng)新性地提出了一種基于普拉托-瑞利不穩(wěn)定性（Plateau-Rayleigh Instability, PRI）輔助的界面識別組裝策略，實(shí)現(xiàn)了自發(fā)構(gòu)筑具有豐富熒光條紋圖案的一維（1D）異質(zhì)結(jié)構(gòu)。該工作以“Regioselective on-surface crystallization of one-dimensional organic barcode-like heterostructures of MOFs with fluorescent stripe patterns”為題發(fā)表在Nature子刊《Nature Communications》（影響因子15.7）上。齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）材料科學(xué)與工程學(xué)部為第一通訊單位。該論文第一作者是齊魯工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2022級碩士生林儒，通訊作者為齊魯工業(yè)大學(xué)高振華教授和中科院化學(xué)研究所趙永生研究員。

圖1. 基于PRI輔助的界面識別組裝策略實(shí)現(xiàn)條紋異質(zhì)結(jié)構(gòu)的可控構(gòu)筑

他們選用具有暴露電子給體位點(diǎn)的一維金屬有機(jī)框架（MOFs）作為模板，其富電子位點(diǎn)能夠通過電荷轉(zhuǎn)移相互作用，精準(zhǔn)誘導(dǎo)缺電子溶質(zhì)分子在特定區(qū)域選擇性結(jié)晶。在溶劑蒸發(fā)過程中，瑞利失穩(wěn)驅(qū)動(dòng)液膜發(fā)生周期性破裂，形成規(guī)則分布的液滴，并進(jìn)一步生長為熒光條紋異質(zhì)結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，通過調(diào)控溫度、模板長徑比及溶質(zhì)濃度等關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了條紋數(shù)量、間距與高度的精準(zhǔn)調(diào)控；并且通過調(diào)節(jié)組分間的電荷轉(zhuǎn)移強(qiáng)度與成核序列，成功獲得了全色及多色熒光條紋圖案（圖1）。

圖2. 智能響應(yīng)異質(zhì)條紋光子學(xué)條碼的動(dòng)態(tài)調(diào)控及信息加密

基于此，研究團(tuán)隊(duì)通過引入光致異構(gòu)分子，賦予了一維異質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)間可調(diào)的動(dòng)態(tài)發(fā)光特性。在紫外光刺激下，條紋的熒光顏色可發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變；結(jié)合空間維度的多色編碼，實(shí)現(xiàn)了兼具高信息容量與高安全性的二維光子條形碼。這種新型條形碼不僅具備物理不可克隆性，其光響應(yīng)動(dòng)態(tài)特性還可實(shí)現(xiàn)“雙重驗(yàn)證”防偽機(jī)制，從而顯著提升了防偽安全等級（圖2）。

該工作為有機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的有序圖案化提供了一種超分子構(gòu)筑途徑，實(shí)現(xiàn)了從靜態(tài)光子學(xué)編碼向動(dòng)態(tài)可調(diào)響應(yīng)光子系統(tǒng)的功能跨越，為光電器件尤其是防偽應(yīng)用的合理設(shè)計(jì)提供了新思路。

高振華，齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）材料學(xué)部教授，博士生導(dǎo)師，山東省自然科學(xué)基金（A/B類）獲得者，泰山學(xué)者青年專家。2018年博士畢業(yè)于中科院化學(xué)研究所，師從趙永生研究員與姚建年院士。圍繞有機(jī)微納光子學(xué)信息編碼材料與器件方向以第一/通訊作者在Nat. Commun. (1), Angew. Chem. Int. Ed. (5), Adv. Mater. (1), Nat. Sci. Rev. (1),ACS Nano(3), Adv. Funct. Mater. (1) 等國際知名期刊發(fā)表20余篇，授權(quán)中國發(fā)明專利6項(xiàng)，研究成果入選“中國光學(xué)年度十大進(jìn)展”。擔(dān)任J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Advanced Materials等國際知名期刊審稿人。

趙永生，中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員，國家杰出青年基金獲得者，國家萬人計(jì)劃領(lǐng)軍人才，先后獲國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)（第二完成人）、科學(xué)探索獎(jiǎng)、何梁何利獎(jiǎng)、北京市杰出青年中關(guān)村獎(jiǎng)、中國青年科技獎(jiǎng)、中國化學(xué)會-贏創(chuàng)化學(xué)獎(jiǎng)、Asian and Oceanian Photochemistry Association Prize for Young Scientist、RSC ChemComm Emerging Investigator Lectureship等國內(nèi)外學(xué)術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)。長期從事有機(jī)光子學(xué)材料與器件領(lǐng)域的研究，在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., CCS Chemistry, Sci. China Chem.等期刊發(fā)表論文280余篇，引用17000余次。申請/授權(quán)國內(nèi)外發(fā)明專利40余項(xiàng)。