光(如阳光)作为生存不可缺少的重要条件，不但让万物感受到温暖和日夜的更替，学会作息与繁育，更是促进人类进化和文明发展的最大动力。在与生俱来的好奇心与执着性格的驱使下，人们不止于只享受自然的恩赐，而是要随时随地获取理想的光，并控制光的行为与功用，光的科学由此诞生了。
从先秦墨子对光学的最初探索，到现代物理学中的量子力学和狭义相对论，每个时代的人们都没有停止对光的追逐。无论是筚路蓝缕的古之先贤，还是孜孜不倦的当代科研工作者，在浩瀚的光学知识海洋前都还是初学者，永远在探索的路上。正是由于这种对光持之以恒的研究，新概念和新理论不断产生，在改变人们思想的同时，产生了改变世界面貌的新材料和新器件。
发光材料的基础研究与染料化学和物理密切相关。19 世纪中叶，Stokes 在考察奎宁和叶绿素的发光时发现，在短波长光的照射下，有些物质能放射出一种比激发光波长更长的光，他将这种光命名为“fluorescence(荧光)”。过去染料多作为荧光涂料、荧光颜料和荧光增白剂等用于塑料、纸张、合成洗涤剂、合成纤维和油墨印刷等传统行业。随着社会的进步和科学的发展，荧光材料将被广泛应用于新兴学科和技术领域，如有机发光材料、有机场效应晶体管、荧光标记及荧光分子探针等，已在国家安全、环境、工农业、生物学和医学检疫诊断等科学研究、人类健康和生产生活等领域发挥越来越大的作用。
然而，传统有机发光材料不能完全满足现代科学技术的应用要求。早在 20世纪中叶，Förster等就发现：发光材料单分子分散时可以表现出很好的发光性能，但聚集后就会由于非辐射能量转移而减弱发光或完全不发光，这就是著名的“聚集导致荧光猝灭”(Aggregation-Caused Quenching, ACQ)现象，并被 Birks 在1970 年作为一种“在大部分芳烃及其衍生物中很常见”的现象写入他的经典著作《芳香分子的光物理学》中。现在普遍认为 ACQ 产生的原因是在浓溶液中或固体状态下，生色团分子间π-π相互作用导致聚集体形成，而聚集体激发态常通过非辐射跃迁途径衰减，使得材料发光减弱甚至不发光。这一聚集/浓度诱导荧光猝灭效应迫使人们只能在极稀溶液中或单分子状态下研究和使用荧光生色团。尽管人们曾尝试采用化学、物理或工程的方法或途径降低 ACQ 的影响，然而结果并不十分理想，分子聚集也只是部分或暂时被抑制，其困难归因于在固态下发光分子聚集是一种自然过程。因而，人们有必要革新思维方式，从改变聚集态结构上来消除 ACQ 现象。
2001 年，香港科技大学唐本忠教授发现溶解在乙腈中的 1-甲基-1,2,3,4,5-五苯基硅杂环戊二烯及其衍生物在稀溶液中几乎不发光，但当加入非溶剂水越多时，所引起的分子聚集现象越严重，发射的荧光则越强烈，即表现为与 ACQ 完全相反的发光现象，为此唐本忠教授在国际上首次提出“聚集诱导发光”(Aggregation-Induced Emission, AIE)的概念。这一新概念改变了人们关于 ACQ 的传统观念，为克服传统发光材料ACQ 的痼疾开辟了一条新的途径。AIE 研究引发了对有机发光机理的更深入探索，并带来了分子设计、材料制备、聚集态结构调控及器件实际应用等方面的深刻变革。近 20 年来，与 AIE 相关的论文数和引文数均呈指数上升。据中国科学院文献情报中心与汤森路透旗下的知识产权与科技事业部联合发布的《2015 研究前沿》报告，“聚集诱导发光化合物的合成、性质和用于细胞成像”在化学和材料领域十大研究前沿中排名第二。2016 年《自然》杂志更是以“Thenanolight revolution is coming”(纳米光革命来临)为题重点介绍了 AIE材料，并评价 AIE材料的发现为当前常用的量子点与发光聚合物点存在的问题提供了解决方案，这是新一代纳米光材料。2020年AIE被国际纯粹与应用化学联合会评为化学领域十大新兴技术之一。目前 AIE 已经形成了一个由我国科学家引领、多国科学家跟进的新研究领域。
为了反映 AIE 领域最新研究动态，我们组织活跃在 AIE 领域的学者共同撰写本书，旨在系统地向国内读者介绍由 ACQ 到 AIE 的发展历程，AIE 机理概述，基于量子理论与计算的发光机理模拟，多种 AIE 小分子和高分子体系，AIE在化学传感、生物诊断与治疗、光电器件和智能响应等领域的应用，深入浅出地向读者介绍研究进展，以期共同推动我国在与 AIE 相关的多领域中的创新性研究，并使我国始终保持在 AIE领域的引领地位。
本书以唐本忠教授曾主持的 973 项目团队部分成员及其合作者所取得的研究成果为基础，结合国内外研究进展，对 AIE 进行全面和系统介绍。本书分为四个部分，第一部分为发光基本概念与发展历程(第 1 章)，介绍荧光的定义与产生机理、荧光材料的重要性、ACQ 的由来、抑制 ACQ 的方法与途径、AIE 的发现、AIE 所产生的影响与效果。第二部分为 AIE 发光机理(第 2 章)、理论计算与模拟(第 3章)与 AIE概念衍生(第 4章)，通过介绍各种 AIE产生机理，说明分子内旋转受限机理在阐释 AIE 机理中的优势；基于聚集态下光物理性质模拟计算方法，考察多种效应来揭示和验证聚集诱导发光的微观机理；由 AIE 概念为基础进一步发展结晶诱导发光(crystallization-induced emission，CIE)、室温磷光(room temperature phosphorescence，RTP)等新概念。第三部分为各种 AIE 体系，包括吡啶单元的AIE材料的分子设计与应用研究(第 5章)、杂环 AIE 小分子体系(第 6章)、AIE 聚合物体系(第 7 章)，全面介绍具有 AIE性质的化合物结构、合成方法等。第四部分为 AIE在光电与生物等领域的应用，包括有机发光二极管(organic light-emitting diode，OLED)、有机光伏(organic photo voltaic，OPV)、圆偏振发光等在光电领域的应用(第 8 章)，用于生物特异性高灵敏识别与检测、细胞与组织的成像(第 9章)。
作者期望本书能够激励科研工作者和高等院校学生开展创新性科学研究，以便推进具有中国特色功能的先进材料和原型器件发展，促进我国化学生物传感与检测、光电器件等相关高新技术产业的进步，满足在生物医疗、环境保护与国土安全等方面的国家战略需求。
作 者
2020 年 3月
作者简介
唐本忠 华南理工大学教授、香港科技大学讲座教授、中国科学院院士、发展中国家科学院院士、亚太材料科学院院士、英国皇家化学会会士。主要从事高分子化学和功能材料的研究，是“聚集诱导发光”概念的提出者和全球研究的引领者。荣获2017年度国家自然科学奖一等奖、2017年度何梁何利基金科学与技术进步奖等。
北京理工大学教授、博士生导师。主要从事三键聚合新反应与新方法、功能高分子的结构与性能和聚集诱导发光新材料的设计及其应用等方面研究。获2011年度中国化学会高分子科学创新论文奖和2017年度国家自然科学奖一等奖（第三完成人）。
华南理工大学教授、博士生导师，国家“万人计划”科技创新领军人才计划入选者，国家杰出青年科学基金获得者。主要从事高分子合成化学和有机聚合物功能材料的研究。2017年度获国家自然科学奖一等奖（第二完成人），并入选英国皇家化学会会士。
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内容简介
2001年，香港科技大学唐本忠教授基于实验结果在国际上首次提出了“聚集诱导发光”(aggregation-induc edemission,AIE)概念。这一概念顺应分子聚集这一自然过程，丰富了光物理和光化学的基础理论，是一个少有的、由我国科学家引领、多国科学家跟进的新研究领域。本书邀请活跃于该领域的部分作者撰写。全书共9章，以翔实的图表与文献报道，深入浅出地向读者系统介绍了AIE的发展历程和机理、多种AIE体系以及AIE在化学传感、生物诊断与治疗、光电器件等领域的应用。
该领域的研究者、工程技术人员及相关项目管理者，有志于进入光物理、光化学及发光功能材料科学领域的研究生和高年级本科生。
本书目录
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（本文编辑：王芳）
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