揭示单聚芴链中绿色发射峰的机制
分子聚集体是由相对较弱的力结合在一起的小分子簇，据信这些力源自分子之间的电子相互作用。由于其卓越的光物理特性，分子聚集体在许多技术领域找到了独特的应用，并继续成为深入研究的主题。事实上，研究人员已经利用分子聚集体来设计各种功能材料、生物医学工具和纳米设备。
然而，分子聚集现象并不仅限于小分子。单个聚合物链段也可以相互作用并产生与分子聚集体中发现的现象非常相似的现象。一个这样的例子是聚芴，这是一种共轭聚合物，当被紫外线辐射或适当的电场激发时，它会在溶液中发出明亮的蓝光。
尽管是一种经过充分研究的聚合物，但聚芴的光谱峰长期以来一直是推测的主题。事实证明，除了蓝光外，它偶尔也会发出绿光，其原因一直在科学界争论不休。对绿色发光的一种合理解释是它是由光氧化反应的发生引起的。然而，也有证据表明链段的链间聚集是一个原因。
由 Martin Vacha 教授领导的日本东京工业大学的一组研究人员最近开发了一项旨在解决这一知识差距的创新实验方案。在他们发表在ACS Nano期刊上的研究中，研究人员结合了两种显微镜技术，对聚(9,9-二辛基芴)(PFO)(一种典型的聚芴)进行精确的光机械测量。
首先，将单个 PFO 链的一端化学连接到原子力显微镜 (AFM) 的尖端，另一端连接到透明基板。最初折叠，然后通过精确控制 AFM 尖端的位置缓慢拉伸 PFO 链。因此，原子力显微镜可以不断地测量 PFO 链拉伸所需的机械力。同时，该团队使用放置在基板下方的荧光显微镜测量了 PFO 在紫外线照射下发出的光的光谱。这有助于他们研究 PFO 链的发射光谱随着机械拉伸而发生的变化。
他们在拉伸的初始阶段观察到伴随蓝色发射带的绿色发射带。随着折叠链的拉伸和链内聚集体的分解，绿色发射带最终消失，AFM 测量证实了这一点。Vacha 教授在解释这些观察结果时说：“我们的工作提供了直接证据，表明由于 PFO 的链内聚集而观察到绿色发射带，PFO 在机械展开时会破裂，并导致绿色发射带消失。”
此外，该团队还观察到额外的光谱特征，表明一种新的光机械力作用在一些 PFO 链上。在进一步分析中，他们发现这种力源于紫外线照射下链内聚集体耦合的断裂。这种耦合的性质是通过精确分析确定的。Vacha 教授强调说：“聚集体耦合的力和耦合有效的长度表明，这种光机械力是由范德瓦尔斯相互作用和激子耦合产生的。”
这些开创性技术可以在各种领域找到有趣的应用，包括分子马达中的能量转换或聚合物链和分子纳米纤维中分子特性的纳米机械操纵。
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