我國學術界再次打破有機近紅外強放光世界紀錄

新網記者歸鴻亭台北報導
2022/12/7 下午 06:30:00 / 電腦實境

　在國家科學及技術委員會學術攻頂計畫支持下，臺大教授周必泰研究團隊成功將團隊本身所保持的有機強放光世界紀錄，由原先的840奈米一舉突破到1,000奈米。此傑出的研究成果已於今年10月10日正式發表於國際光電頂尖的《自然光電》(Nature Photonics)期刊，未來有望應用於即時生醫影像及生化感測解析，成為穿載式生醫檢測的利器，同時其可降低資訊傳遞吸收損失，提升光纖科技效能，是未來生醫及通訊科技突破性發展不可或缺之基石。

臺大教授周必泰介紹再次打破有機近紅外強放光世界紀錄。(國家科學及技術委員會提供)

　近紅外(NIR)波長在1000~1700nm的範圍俗稱紅外二區(NIR(II))，在生醫領域上，它可以穿過皮膚組織以及血管做深層成像檢測或啟動藥物作用，也是重要可穿戴式生醫產品(如血氧計、光療貼片)的主要光源；此外，因為吸收損失少，它也是光纖科技在資訊傳遞上的重要波長範圍。目前這區域的放光材料主要為半導體基材以及鑭系金屬相關螢光粉，但其物理性質如光度之間變化時間響應慢及材料選擇有限等，導致應用上有所限制，不利於生醫及光電長遠發展。紅外二區放光材料若要有突破性的進展，以及考量未來更普遍的應用性，具多樣性的有機分子材料是最佳的選擇，而目前此波長的有機發光材料非常罕見。

　早在1970年所提出的「能隙定律」(energy gap law)中已描述到，有機分子從基態被光能或電能激發到電子激發態後，可以放光或放熱的形式回到原來的基態。而有機分子材料在紅外二區在能隙定律中具顯著的熱淬滅效應，理論上其放光產率接近於零，不太可能適合於紅外二區發光應用。因此如何讓有機分子在紅外二區有強放光性質，長久以來在國際光電科研上被認為是一個不可能達成的任務。

　為了化不可能為可能，周必泰團隊自2017年起從理論基礎出發，思考若耦合是不可避免發生的定律，那麼是否可以經由其他方式，來有效的降低有機材料激子/振動的耦合強度，進而減低熱消散的發生機率。透過與國立清華大學季昀教授、國立海洋大學洪文誼教授以及國家同步輻射中心莊偉綜博士的合作，本次刊登「自然光電」(Nature Photonics)期刊的論文，是利用鉑金屬錯合物配位基分子的更加平面化，以及將有機化合物中的氫原子氘化(將氫以其同位素氘置換)，一舉突破團隊2020年發表在自然光電的世界紀錄840 奈米，在分子的放光原理及設計上做出卓著的國際性貢獻。

臺大教授周必泰研究團隊成功將團隊本身所保持的有機強放光世界紀錄。(國家科學及技術委員會提供)

　周必泰研究團隊審慎檢視能隙定律理論，量化每個分子之耦合振動效應，透過碳氫鍵之氫原子氘化來進一步降低耦合熱消散速率。透過實證，以分子堆疊加上全面性的氘化，成功的突破能隙定律在紅外二區的桎梏。據此設計合成製備出的電致發光元件 (OLED)，其放光波長已達到1,000奈米，內部量子產率達21%，外部4.2%，皆為目前之世界紀錄。周教授表示，未來將挑戰前所未有的有機分子紅外三區範圍(1700-2000nm)的放光領域，以及將現有成果商業化，並歡迎有興趣的學者及業者能一起來共襄盛舉。