德国一支科研团队研发现一种新型聚酰胺材料，该材料在近红外激光照射下可发出宽谱白光。这一特性让该材料有望应用于下一代光学器件和LED。  

聚酰胺属于合成聚合物，凭借质量轻、耐用性强、耐热性能好等优点备受重视。它最为人熟知的用途是纺织领域，尼龙等高性能面料便属于聚酰胺制品。  

本研究负责人、吉森大学有机化学研究所Peter Schreiner教授表示：“我们的目标是探究能否重新改造这类熟知的聚合物，使其与激光产生全新的相互作用。”

旧材料迎来全新变革

聚酰胺材料问世已有数十年。20世纪30年代末，化工公司DuPont将尼龙推向市场，尼龙由此成为全球首款商用合成纤维，二战期间还被用于制作军服与降落伞。1965年，DuPont继而研发出凯夫拉纤维（Kevlar），这种超高强度纤维是现代防弹衣防护性能的核心来源。

除纺织行业以外，聚酰胺还广泛应用于工程塑料、汽车零部件、电子器件以及包装材料领域。聚酰胺的强度来源于名为氢键的分子间作用力，氢键将材料内相邻的分子链相互连接。

传统聚酰胺本身并不具备发光能力。正是这一局限促使该科研团队重新思考聚合物的分子结构。

Schreiner解释道：“金刚烷（Diamantane）是原油中天然存在的分子，刚性与热稳定性极强，如同微型钻石。”他带领团队用这类刚性三维金刚烷单元，替换掉了聚酰胺传统的柔性构筑单元，也就是一维、二维链状以及环状结构。

该论文的共同作者、Schreiner课题组研究员Saravanan Gowrisankar表示：“本质上来说，用刚性金刚烷单元替换柔性构筑单元，就能够把传统的结构型聚合物转变为具备全新优异发光性能的材料。”  

在近红外激光照射下，这款金刚烷基聚酰胺可以发出宽谱白光，无需染料、掺杂剂或者无机盐——这些物质都是调控白光生成时常用的添加剂。

这类添加剂往往会降低材料稳定性、加大加工难度，并且抬高生产成本。   

Schreiner称：“我们的方案简化了材料体系，提升了稳定性，在实际应用中有望实现更高可靠性，并且适合规模化生产。”

除发光性能以外，金刚烷基聚酰胺拥有极高的热稳定性：温度远超400℃时材料仍可保持完好；而尼龙6与尼龙66在接近该温度时就会完全分解。

Gowrisankar解释，这一点十分关键，因为发光器件，尤其是由高功率激光器驱动的器件，工作过程中会产生大量热量。他提到：“如果材料耐热性能不足，就可能发生降解，或是丧失预设功能。”

这种优异的稳定性同样有益于发光器件的制备流程，器件制造往往需要经历严苛工况。  

Gowrisankar表示：“很多加工步骤都需要高温环境，耐热材料能够保证自身的结构与光学特性在整个生产流程中不受破坏。”

表面结构是产生白光的关键

金刚烷基聚酰胺发出的白光，一定程度上取决于材料的表面结构。

聚合物分子链在表面的排布方式，会影响近红外激光能量在材料内部的传导与相互作用；粗糙或者纳米晶态的表面可以高效地将激光能量转化为宽谱白光，而光滑表面则无法实现该效果。

Schreiner解释道：“橡胶态、表面光滑的样品中，分子链柔性很强，没有清晰规整的排布结构，因此无法与入射激光场产生高效相互作用。”  

目前，研究人员正在探索光刻技术，以此设计独立的金刚烷结构。他们计划制备更大尺寸的聚酰胺结构，使其能够集成到高性能功能薄膜中。

Schreiner说道：“为推进商业化落地，我们正在攻克三大核心难题：提升发光效率、将该材料集成到器件架构之中、开发可规模化的制造工艺。”

European Journal of Organic Chemistry聚焦有机化学基础前沿创新研究，收录不对称合成、天然产物、生物有机、有机催化、立体化学、超分子有机等全方向成果。支持预印本投稿，全年发行48期。

参考文献：

Saravanan Gowrisankar, Marius Lang, and Peter R. Schreiner. The Nonlinear Optical Behavior of Linear Diamantane Polyamides. European Journal of Organic Chemistry (2025). DOI: 10.1002/ejoc.202500643

*封图来源：Gerd Altmann via Pixabay

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