当一块材料在阳光下能随视角变幻出从红到蓝的彩虹色，在紫外灯下发出明亮蓝光，关灯后还能持续闪现绿色余辉，同时在温度降低时，这种发光可以增强数百倍，这种集成多重光信号的材料势必激发人们对其多场景应用的无限想象。近日，西安交通大学卢学刚、杨森团队通过一种可大规模制备的室温磷光二氧化硅纳米球，构建出兼具角度变色与温度响应特性的多模态光子凝胶，为下一代智能光学器件开辟了全新路径。
室温磷光（RTP）材料因长寿命发光、低能量损耗的特性，在传感、显示、信息加密、环境监测等领域展示良好的应用前景。然而，传统RTP材料的发展长期面临两大瓶颈：一是难以大规模制备具有均匀物理结构的材料，形态与性能的一致性难以保证；二是单一光学信号无法满足复杂环境中精准检测的需求，且多数刺激响应材料存在依赖能量输入、响应滞后、寿命短等问题。如何实现RTP材料的规模化生产，并整合结构色、荧光（FL）、RTP等多模态光学信号，成为光学领域的关键挑战。
为解决这一难题，团队开发了一种基于改进Stöber法的规模化合成策略：将有机小分子嵌入二氧化硅（SiO2）网络中，通过高温煅烧使有机分子原位碳化、聚集并结晶，形成具有磷光特性的碳点（CDs）；同时，碳点与SiO2基质之间会形成稳定的共价C-Si键网络，为碳点的三重激发态提供刚性环境，从而实现持久的RTP发光。重要的是，该方法可轻松实现大规模生产，每批次产量超过700 g，纳米球表现出均匀的单分散球型和自组装能力，完美解决了发光中心和物理形态的统一制备。基于这种磷光纳米球，团队进一步实现了“结构色-荧光-磷光”的多模态发光集成。
图1. RTP SiO2 NPs规模化制备过程及光子凝胶的多模态发光调控示意图。图片来源：Nat. Commun.
图2. RTP SiO2 NPs的物理形态特征、自组装行为和光学性质。图片来源：Nat. Commun.
随后，该团队进一步制备出智能多模态光子凝胶，展现出独特的动态光学特性，可通过角度和温度实现发光特性的实时调控。（1）角度依赖的多模态变色行为。PC凝胶的PBG在不同空间取向下表现出取向依赖的带隙特性，这使得特定的FL和RTP波长仅在预定的角度范围内满足匹配条件，从而实现定向共振耦合，进而实现角度依赖的变色特性。（2）热致自散射发光增强行为。通过调节PC凝胶两相的折射率从匹配状态转变为不匹配状态，PC凝胶可从透明状态切换至白色散射状态，光散射能力的提升显著增强了PC凝胶本身的FL和RTP强度。
图3. PC凝胶的结构色、FL、RTP及其角度依赖变色行为。图片来源：Nat. Commun.
图4. PC凝胶的热致自散射发光增强行为和变色行为。图片来源：Nat. Commun.
这一成果近期发表在Nature Communications 上，西安交通大学物理学院为论文唯一通讯单位，文章第一作者是西安交通大学物理学院博士生王昌兴，西安交通大学物理学院卢学刚教授、杨森教授为论文通讯作者。
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Scalable synthesis of phosphorescent SiO2 nanospheres and their use for angle-dependent and thermoresponsive photonic gels with multimode luminescence
Changxing Wang, Yayun Ning, Yifan Yue, Guoli Du, Yuechi Xie, Jianing Li, Nazia Bibi, Xiaoxiang Wen, Jianing Li, Sen Yang & Xuegang Lu
Nat. Commun., 2025, 16, 6640, DOI: 10.1038/s41467-025-61967-9
