唐本忠院士团队：聚集诱导发光应用于湿度“可视化”监测

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注：文末有研究团队简介及本文作者科研思路分析

人类的生存和社会活动与水蒸气密切相关，湿度探测与控制应用于各个领域，如电子封装运输、半导体器件、食品工业、化学工程、航空航天等。为了满足不同的需求，多种类型的湿度探测传感器得以开发，如微波、毫米波、太赫兹传感器和半导体器件等，具有响应速度快、可读性好、集成化和智能化等优势。如果湿度传感器适用于不同的环境，且同时实现湿度梯度分布的动态测量，将会给智能集成系统和人工智能系统带来巨大的革新。最近，一些柔性电子器件的开发实现了不同程度的弯折或拉伸。尽管这些电子器件具有优异的性能，但相应的外部驱动设备和电路却较为复杂和庞大，且加工制备这些器件的工艺过程较为复杂，由此成为制约电子器件大规模应用的瓶颈问题。

将水汽敏感的荧光分子与聚合物网络组装得到感应材料，被认为是实现湿度可视化检测的有效方法。荧光感应无需外接微电子设备，通过外界水汽对荧光材料诱发的微环境极性变化，利用UV光激发即得到不同的“肉眼”可见颜色，从而实现对外界环境湿度的感应。中国香港科技大学的唐本忠院士团队采用聚集诱导发光（AIE）特性的荧光分子转子作为功能单元，通过超分子物理作用诱导其与聚丙烯酸高分子网络组装进行结构一体化设计，并采用共轭的施主-受主荧光分子，基于扭曲的分子内电荷转移（TICT）发光机制，利用其在不同极性微环境下发射谱带的变化，获得具有湿度响应的“可视化”智能探针。AIE湿度传感材料在不同湿度条件下具有明显的发射波长变化，最大发射波长与湿度呈线性关系，实现湿度的实时、准确、定量、可视化检测。

多领域应用：“可视化”AIE湿度传感

作者利用AIE荧光传感材料优异的加工性能，克服了传统电子器件的不足，将荧光传感材料应用于电子器件封装和管道内部检测中，实现了水汽的动态梯度分布“可视化”测量。他们进一步采用电纺技术将AIE传感材料加工得到低维纳米纤维膜，增加材料的活性比表面积，提高智能材料的敏感度。随后，作为应用实例，作者又利用该纳米纤维膜来感应人体湿度微环境的变化，实现了人体活动跟踪监测，包括指纹和汗孔成像应用，为人工智能集成化新器件提供了可能。可以预见，该类AIE湿度传感材料在电子工业、化学工程、环境科学、国家安全、航空航天等领域具有广阔的应用前景。

该工作作为内封底文章发表在Advanced Materials上。

该论文作者为：Yanhua Cheng, Jianguo Wang, Zijie Qiu, Xiaoyan Zheng, Nelson L. C. Leung, Jacky W. Y. Lam, Ben Zhong Tang

Multiscale Humidity Visualization by Environmentally Sensitive Fluorescent Molecular Rotors

Adv. Mater.,2018,29, 1703900, DOI: 10.1002/adma.201703900

唐本忠院士简介

唐本忠，中国香港科技大学讲座教授，中国科学院院士，英国皇家化学会会士，国家自然科学一等奖获得者；主要从事高分子合成方法学的探索、先进功能材料的开发以及聚集诱导发光（AIE）现象的研究；1982年毕业于华南理工大学高分子系，获工学学士学位；1985年、1988年获日本京都大学硕士、博士学位；曾在多伦多大学从事博士后研究、日本NEOS公司中央研究所任高级研究员；1994年至今任中国香港科技大学助理教授、副教授、教授、讲座教授，2009年当选中科院院士，2012年起受聘为华南理工大学双聘院士；发表学术论文1200多篇，引用58000多次，h因子为118；应邀为Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Acc. Chem. Res.和Prog. Polym. Sci.等高影响力杂志撰写27篇综述文章和40篇专著章节，工作42次被C&EN（化学与工程新闻）、《自然》出版社《亚洲材料》等亮点报道。

http://www.x-mol.com/university/faculty/7059

科研思路分析

Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？

A：如上所述，我们的研究兴趣是柔性“可视化”智能感知材料。人类的生存和社会活动与水蒸气密切相关，湿度探测与控制应用于各个领域。利用聚集诱导发光材料作为功能基元，基于TICT发光机制，能获得对环境湿度具有不同颜色感应的材料，从而人眼可观察到。

Q：研究过程中遇到哪些挑战？

A：该研究最大的挑战是如何实现材料对外界湿度变化的快速响应，通过对智能材料进行低维化处理，采用传统纺丝的方法，增加材料的比表面积，实现荧光智能材料对环境湿气的快速响应。

Q：该研究成果可能有哪些重要应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？

A：该AIE荧光智能湿度感应材料性能优异，且基于材料软物质的特性，根据环境需要，通过不同加工方式可制备成多维度的材料，如一维的纤维、二维的薄膜、三维的织物，且荧光器件不依赖于外界电路，可通过紫外光进行远程控制。该AIE湿度材料可用于工业过程中水汽的传输监控、人体活动的动态监测以及信息安全（如指纹、汗孔）方面等。