阿伏伽德罗在1811年首次提出“分子”，他说：“气体中最小的粒子不一定是简单的原子，而是由一定数量的这些原子通过吸引力结合形成一个单一分子。”这一发现引出了分子科学的概念。在分子科学发展初期，研究人员试图从分子水平上阐明有机发光材料的工作机理。许多有机染料在稀溶液中进行研究时显示出明亮的光致发光。然而，它们的聚集体的发光低于“分子形式”。这些观察结果表明，大多数有机染料都存在聚集诱导猝灭效应（ACQ）。此后，有机PL领域被CQ材料主导了30多年。然而，由于大多数发光材料的实际应用需要薄膜或其他固体形式，限制了这些材料的实用性。2001年，唐本忠等人发现噻咯化合物在溶液中作为孤立状态完全不发光，但作为纳米聚集体具有高发光性。这一发现被称为聚集诱导发光效应（AIE）。分子内运动受限（RIM）已被证明是AIE的一般机理。同时，AIE有着巨大的应用潜力，如电子器件、化学/生物传感器、生物成像剂和治疗诊断学。通过对比AIE和ACQ，分子水平的理论和性质并不一定与聚集体的性质相关，因此聚集态科学应该独立于分子科学来考虑。
最近，唐本忠院士团队在《Advanced Materials》上发表了题为“Aggregate Science: From Structures to Properties”的综述，提出了“聚集态科学”的概念来填补分子和聚集态之间的空白，并系统总结了聚集态尺度上的结构和性能。为聚集态建立的结构-性能关系预计将有助于新材料和技术的发展。最终，聚集态科学可能成为一个跨学科的研究领域，成为学术研究的一般平台。
2.聚集态结构
聚集态结构包括分子间相互作用、堆积、添加剂和不同的介观形态，在决定其作为聚集态的性能和性能方面起着至关重要的作用。聚集态可以分为静态和动态聚集态。
2.1静态聚集体
J-聚集态和H-聚集态是两种具有代表性的堆积结构。与非聚集态相比，J-聚集态的吸收能红移和PL量子产率增强，H-聚集态表现出弱或无发光的蓝移吸收。发光增强或猝灭的内在原因不是表面聚集态类型，而是结构刚性化。当分子运动被限制在聚集体态时，聚集态的强发射被激发。
不同的聚集体类型对应着不同的光物理性能，使其具有多种结构和性能，例如三色多晶型依赖发光。通过不同的方法获得了三种不同发光颜色的晶体，即1-G、1-Y和1-R。所有的晶体都具有几乎相同的分子构象，但是随着分子间距离的减小和堆积重叠的增加，发光波长在很大程度上发生了红移。
手性也是与聚集态结构有关的性质。四苯乙烯（TPE）是研究最多的AIEgens之一，其孤立分子是非手性的。然而，在2011年观察到两个TPE晶体M-TPE和P-TPE是对映体。在M-TPE中，四个苯环按顺时针方向排列，而P-TPE是逆时针方向排列的。外消旋TPE分子经过构象重排和组装过程，即聚集诱导对称性破缺（AISB）以形成手性聚集态（微晶）。AISB效应进一步证明了非手性单分子的聚集可以产生独特的结构和额外的性能。
2. 2 动态聚集态
温度、pH、压力、溶剂等是驱动聚集态结构变化的外力。例如，以D4d-CDMB-8全烃大环和芘作为主客体。主体、客体和溶剂的络合作用产生了不同类型的聚集态结构。这些聚集态结构可以通过溶剂的加入而相互转化。
3. 聚集态性能
一般来说，结构决定了材料的性能，其性能可以部分反映结构变化。将从三个类别深入介绍上述聚集态结构的特殊性质：单组分、双组分和多组分聚集体。
3.1 单组分聚集体
表现出簇聚诱导发光（CTE）效应的非共轭发光体，称为簇发光体，最近成为光子学的新前沿。包括非共轭聚合物、小分子和金属团簇的簇发光体，通常作为分子物种不发光。由于缺乏键共轭，孤立分子具有较大的能隙（∆E1），导致∆E1始终对应于强度较弱且波长不可见的紫外线发射。然而，一旦聚集形成团簇，由于新产生的空间共轭，能隙（∆E 2和∆E 3）就会变窄，在短波长范围内产生可见的簇发光。在形成更紧密和更大的团簇时，发射强度增加，发射能量降低（更红）。
聚集诱导活性氧生成（AIG-ROS）将三重态能量通过两种方式有效地转化为活性氧的化学能：（i）通过一系列化学反应（I型）从氧气中产生超氧化物（O2•‒）、过氧化氢和羟基自由基；（ii）生成单线态氧（II型）。许多AIEgens表现出类似的行为，这表明AIG‐ROS是AIEgens的共同性质。过量的ROS会破坏细胞蛋白质、脂质和DNA，导致细胞的致命损伤。因此，如果具有AIG‐ROS效应的AIEgens能够特异性地输送到肿瘤组织，则生成的ROS将杀死癌细胞。
在分子状态下，由于溶质与溶剂的碰撞概率较大，非辐射能量耗散主要是能量转移。而聚集态结构可以在一定程度上降低碰撞的可能性，促进聚集态内部的发热。根据这一理论，唐本忠院士设计了一种具有多个分子内转子的新型AIEgen（TFM）。当TFM被制造成粒子并溶解在水中时，所产生的纳米粒子悬浮液在光照下产生大量热量（高达70°C）。产生光热效应可用于切除癌细胞。AIE点的光热效应也适用于太阳能蒸汽的产生。
多晶型发光效应可应用于可视化应力/应变分布和疲劳裂纹扩展。首先，在钢筋表面涂覆非发光晶体TPE-4N，然后沿钢筋方向施加拉力。随着拉伸力的增加，由于应力集中点处的结晶TPE-4N转变为非晶态聚集体，钢逐渐发光。
3.2 双组分聚集体
本节中介绍分子间相互作用如何影响双组分聚集体的性质。唐本忠等人开发了一种形态变色发光的两亲性给受体（D-A）AIEgen（TPE-EP）。当TPE-EP溶解在PLLA溶液中时，快速和缓慢蒸发过程中TPE-EP分子和周围的PLLA之间经历不同的分子间相互作用，产生了不同聚集体形式的TPE-EP。最后，在PLLA薄膜的非晶态和晶态区域分别形成了TPE-EP的G（绿色）和Y（黄色）聚集态。
簇激子是具有强分子间相互作用的两组分聚集体的另一个典型性质。以1，8-萘二酸酐（NA）为客体，五氯吡啶（PCP）、邻苯二甲酸酐（PA）和1,2-二氰基苯（DCB）为主体。当通过熔融浇铸将NA掺杂到主体中时，得到的双组分聚集体表现出纯有机RTP，具有高效率和超长寿命。在NA/PCP聚集态中，NA/PCP团簇作为一个整体被激发，形成具有有效ISC的 S1（簇）和T1（簇）的瞬态。之后，客体的最低三重态（T1（NA））作为能量“陷阱”吸引能量从T1（簇）转移到T1（NA）发射超长RTP。
3.3 多组分聚集态
多组分聚集态可由主体、客体和溶剂络合得到。通过利用分子运动剂，实现聚集态结构的相互转换，在信号检测、信息存储等方面具有很大的应用潜力。
4 总结与展望
作者提出了“聚集态科学”的概念，使之超越分子科学，探索聚集体结构与性质之间的关系。
1、聚集态的结构刚性化可以促进辐射衰变，同时，衰变速率、寿命和能量也可以由聚集体的堆积类型来控制。
2、聚集态中的致密堆积也可以促进系间窜越并促进ROS的生成。相比之下，松散的堆积将导致非辐射衰变为主并产生光热/光声效应。
3、聚集可以通过AISB或形成螺旋赋予非手性结构手性。
目前的AIE研究已不再局限于简单的发光现象。它改变了我们对光物理过程和材料性质的理解。AIE研究还创造了许多与聚集体相关的分支，如结晶诱导发射、室温磷光、聚集诱导延迟荧光、反kasha跃迁、簇聚诱导发光、空间相互作用、力致发光、圆偏振发光、聚集诱导ROS生成、光热/光声效应，得到了广泛的关注。可以预见，在未来的几年里，AIE的研究将继续对其他领域产生重大的理论和实践价值。
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