近日，鄭州大學(xué)物理學(xué)院材料物理研究所在發(fā)光碳點(diǎn)的壽命調(diào)控及其在時(shí)分雙路加密方面的應(yīng)用取得進(jìn)展，相關(guān)結(jié)果以題為“Lifetime-Engineered Carbon Nanodots for Time Division Duplexing”的論文，發(fā)表于國(guó)際知名期刊《Advanced Science》上。論文第一作者為物理學(xué)院博士研究生梁亞川，通訊作者為物理學(xué)院青年教師劉凱凱博士，單崇新教授以及大連化物所隋來(lái)志博士。

光學(xué)多路復(fù)用技術(shù)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，信息加密，防偽，時(shí)間分辨生物成像等領(lǐng)域中發(fā)揮了重要作用。已報(bào)道的通過(guò)控制發(fā)光顏色/強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用的方法會(huì)產(chǎn)生光譜重疊。相比之下，將時(shí)間信道用作劃分對(duì)象，通過(guò)分配不重疊時(shí)間段的多個(gè)信道來(lái)實(shí)現(xiàn)的復(fù)用具有巨大潛力。熒光碳納米點(diǎn)（CNDs）作為碳材料家族成員，具有發(fā)光效率高、壽命可調(diào)諧、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是可用于光學(xué)多路復(fù)用的理想候選材料。因此，基于CNDs的時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)有望能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)空重疊信息分離，用于先進(jìn)信息加密領(lǐng)域。

在這項(xiàng)工作中利用二氧化硅的限域與保護(hù)的作用，通過(guò)水的調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)對(duì)碳納米點(diǎn)（CNDs@silica）壽命的調(diào)控。在二氧化硅的限域和保護(hù)作用，碳點(diǎn)發(fā)光壽命遇水后仍然維持在秒級(jí)別，而沒(méi)有保護(hù)的碳點(diǎn)在遇水后發(fā)光壽命下降到納秒級(jí)別。經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)水調(diào)控CNDs發(fā)光壽命的主要機(jī)制在于CNDs的三重態(tài)激子與水溶液中的三重態(tài)氧之間的電子轉(zhuǎn)移將產(chǎn)生單線態(tài)氧，從而淬滅其磷光發(fā)射；而CNDs@silica上的二氧化硅可以阻止水三重態(tài)氧與CND三重態(tài)激子之間的電子轉(zhuǎn)移，從而維持其磷光發(fā)射。為了實(shí)現(xiàn)時(shí)分多路復(fù)用，同一空間中指定CNDs和CNDs@silica為通道1和通道2并作為墨水打印。在干燥條件下，兩個(gè)通道均顯示藍(lán)色熒光和綠色磷光。經(jīng)水處理后，CNDs的長(zhǎng)壽命磷光將被淬滅，只能檢測(cè)到壽命為6 ns的熒光發(fā)射。對(duì)于CNDs@silica（通道2），即使水處理過(guò)后，它仍然顯示藍(lán)色熒光和綠色磷光，發(fā)射壽命仍在秒量級(jí)?；谝陨习l(fā)光壽命調(diào)控實(shí)現(xiàn)了時(shí)分多路復(fù)用，并展示了其在信息加密領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后等項(xiàng)目的資助。

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