近日，校（院）材料科學與工程學部微納光功能材料團隊高振華教授課題組在響應型微納光子材料領域取得系列重要進展，先后在國際TOP期刊《Advanced Functional Materials》（影響因子19.0）和《ACS Nano》（影響因子16.0）上在線發表了題為“Dynamic Upconversion Luminescence via Lattice Strain Engineering inLanthanide-Based Metal-Organic Frameworks”和“SpatiotemporalControl of Photoisomerization Dynamics via Domino Barriers for ProgrammaticallyResponsive Heterostructures”的最新研究成果。成果聚焦光子信號動態調控這一核心問題，實現了光子材料發光響應調控與加密信息輸出，為構建可編程、高安全等級的光子加密系統提供了理論依據與材料基礎。材料學部研究生徐玉宇、王凱分別為論文的第一作者，高振華教授為獨立通訊作者，校（院）為文章唯一通訊單位。
研究團隊首先以鑭系金屬有機框架材料（Ln-MOFs）為載體，提出晶格畸變工程策略，通過控制晶體內部應力狀態，實現了上轉換發光行為的精準調控。利用結晶動力學誘導有機配體形成高能構象被捕獲在框架結構中，在晶格中引入可控的拉伸應變。該應變不僅增強了敏化劑到發光中心的能量轉移效率（ET），還顯著抑制了非輻射衰減，從結構機制上實現了高效的上轉換發光。進一步地，研究人員創新性地將負熱膨脹效應引入熱響應調控機制。當系統受到熱刺激時，MOFs晶體內部微觀結構發生可逆變形，晶格畸變狀態相應調節，最終實現了發光強度的熱響應切換行為。研究以此構建了一種“熱+光”雙重激活的信息加密圖案，實現了從隱藏圖案“88”到真實圖案“36”的加密解碼轉換，展示出其在多級防偽與邏輯控制型加密器件中的應用潛力（圖1）。
圖1. 基于晶格畸變工程實現對MOFs中上轉換發光的動態調控及信息加密應用
在實現晶體層級的發光調控突破后，研究團隊進一步深入探索了分子層級上的響應調控機制。提出了光觸發多米諾效應的光異構化機制，通過有機合金策略定點引入多米諾障礙分子，從而精確調控了光異構化過程的反應速率及其轉化路徑。在此基礎上，構建了類多米諾骨牌效應的不同維度的微納異質結構，成功地實現了在微納米尺度下對光異構化反應的時空控制，在構建高端光子元件具有非常重要的意義。
圖2. 基于類多米諾效應的光異構化機制實現對微納異質結構的時空控制
基于此，研究構建出包括一維（1D）、二維（2D）與環形等異質結構圖案，并在環形結構中引入回音壁模式（WGM）諧振調控，實現了圖案發光與光譜輸出的雙重信息編碼。紫外激發條件下，系統可實現區域可控的異構化激活，完成圖案的加密解碼顯示，表現出優異的信息安全性與視覺識別性（圖2）。對于深入理解微納晶態中有機光異構化過程以及構建特定功能的微納光子學器件具有重要的指導意義。
本系列研究從晶體尺度的晶格畸變調控出發，延伸至分子尺度的光致異構反應前沿控制，建立了跨尺度、多機制聯動的結構和功能協同調控體系。通過應力誘導、構象阻斷、光熱雙激發等策略，實現了響應型發光材料在發光調控、信息加密、條形碼構建、智能識別系統等方面的可集成化功能輸出，開拓了材料結構設計與光子應用融合的新路徑。兩項研究均得到了國家自然科學基金、泰山學者項目、山東省自然科學優秀青年基金及齊魯工業大學（山東省科學院）青年卓越人才項目的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202513640
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c12005
