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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，難以實現(xiàn)多分段可控構(gòu)筑和靈活光學調(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)大學材料科學與工程學部高振華教授與中科院化學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（山東省科學院）材料科學與工程學部為第一通訊單位。該論文第一作者是齊魯工業(yè)大學材料科學與工程學院2022級碩士生林儒，通訊作者為齊魯工業(yè)大學高振華教授和中科院化學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的一維金屬有機框架（MOFs）作為模板，其富電子位點能夠通過電荷轉(zhuǎn)移相互作用，精準誘導缺電子溶質(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)動液膜發(fā)生周期性破裂，形成規(guī)則分布的液滴，并進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)，實現(xiàn)了條紋數(shù)量、間距與高度的精準調(diào)控；并且通過調(diào)節(jié)組分間的電荷轉(zhuǎn)移強度與成核序列，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)條紋光子學條碼的動態(tài)調(diào)控及信息加密

基于此，研究團隊通過引入光致異構(gòu)分子，賦予了一維異質(zhì)結(jié)構(gòu)時間可調(diào)的動態(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)動態(tài)特性還可實現(xiàn)“雙重驗證”防偽機制，從而顯著提升了防偽安全等級（圖2）。

該工作為有機異質(zhì)結(jié)構(gòu)的有序圖案化提供了一種超分子構(gòu)筑途徑，實現(xiàn)了從靜態(tài)光子學編碼向動態(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)計提供了新思路。

高振華，齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）材料學部教授，博士生導師，山東省自然科學基金（A/B類）獲得者，泰山學者青年專家。2018年博士畢業(yè)于中科院化學研究所，師從趙永生研究員與姚建年院士。圍繞有機微納光子學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，研究成果入選“中國光學年度十大進展”。擔任J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Advanced Materials等國際知名期刊審稿人。

趙永生，中國科學院化學研究所研究員，國家杰出青年基金獲得者，國家萬人計劃領(lǐng)軍人才，先后獲國家自然科學二等獎（第二完成人）、科學探索獎、何梁何利獎、北京市杰出青年中關(guān)村獎、中國青年科技獎、中國化學會-贏創(chuàng)化學獎、Asian and Oceanian Photochemistry Association Prize for Young Scientist、RSC ChemComm Emerging Investigator Lectureship等國內(nèi)外學術(shù)獎勵。長期從事有機光子學材料與器件領(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。