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

光學多路復用技術在數(shù)據(jù)存儲，信息加密，防偽，時間分辨生物成像等領域中發(fā)揮了重要作用。已報道的通過控制發(fā)光顏色/強度來實現(xiàn)多路復用的方法會產(chǎn)生光譜重疊。相比之下，將時間信道用作劃分對象，通過分配不重疊時間段的多個信道來實現(xiàn)的復用具有巨大潛力。熒光碳納米點（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，是可用于光學多路復用的理想候選材料。因此，基于CNDs的時分多路復用技術有望能夠?qū)崿F(xiàn)時空重疊信息分離，用于先進信息加密領域。

在這項工作中利用二氧化硅的限域與保護的作用，通過水的調(diào)控可以實現(xiàn)對碳納米點（CNDs@silica）壽命的調(diào)控。在二氧化硅的限域和保護作用，碳點發(fā)光壽命遇水后仍然維持在秒級別，而沒有保護的碳點在遇水后發(fā)光壽命下降到納秒級別。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)水調(diào)控CNDs發(fā)光壽命的主要機制在于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。為了實現(xiàn)時分多路復用，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，兩個通道均顯示藍色熒光和綠色磷光。經(jīng)水處理后，CNDs的長壽命磷光將被淬滅，只能檢測到壽命為6 ns的熒光發(fā)射。對于CNDs@silica（通道2），即使水處理過后，它仍然顯示藍色熒光和綠色磷光，發(fā)射壽命仍在秒量級。基于以上發(fā)光壽命調(diào)控實現(xiàn)了時分多路復用，并展示了其在信息加密領域的應用前景。

該工作得到了國家自然科學基金、中國博士后等項目的資助。

全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202003433