裸眼可视化压力监测和传感“变色龙”

压致变色材料是一类可以根据外界刺激改变其发光颜色的智能材料，在防伪、光电存储和压力传感等领域具有广阔的应用前景。目前报道的关于压致变色材料大多数局限于全有机或含有机组分杂化的材料，如金属有机框架或有机-无机杂化卤化物等，并且在可见光区域的压致变色范围限制在100 nm以内。此外，有机组分具有较低的热力学稳定性，极大地阻碍了其压致变色方面的实际应用。全无机纳米材料由于其较高的稳定性以及优异的光学性能，在显示和照明器件中得到了广泛的应用。然而关于全无机纳米材料压致变色行为的研究仍然存在两个障碍：首先，在外部压力作用下，大多数无机纳米材料存在压力诱导发光猝灭的问题；其次，荧光可调谐波长范围有限，由于量子限域效应和结构刚性等因素致使发光波长局限于高能辐射态。因此，如何在全无机纳米材料中实现稳定且可见光宽光谱范围的压致变色的精细调控，长久以来一直是发光材料领域的关键科学问题之一。

近日，吉林大学的肖冠军教授（点击查看介绍）在全无机卤素钙钛矿压致变色研究取得重要进展，提出利用压力诱导低维卤素钙钛矿局域非晶，通过卸压过程中有序和无序相的自陷态激子发射的调谐，实现由蓝到红的可见光全光谱连续可调（232 nm）的压致变色行为，在未来裸眼可视化压力监测和传感方面具有重要潜在应用；与此同时，压力工程处理可在常压“截获”Cs₃Cu₂Cl₅纳米晶显著增强的绿光发射。

裸眼可视化压力监测和传感“变色龙”：全无机卤素钙钛矿可见光全光谱范围压致变色可调行为

该工作以全无机零维卤素钙钛矿Cs₃Cu₂Cl₅纳米晶为研究对象，借助金刚石对顶砧压力产生装置进行加压，在卸压过程中，实现了压致变色连续可调范围达到232 nm，几乎覆盖了可见光全光谱范围（从1.85 eV到2.83 eV），并且成功地将具有高发光性能的高压亚稳结构保留至常压（发光强度提高5倍）。此外，通过对样品进行循环压力处理，Cs₃Cu₂Cl₅纳米晶的压致变色性能稳定，发光强度同样展现出较强的力学稳定性。研究表明：高压下不同能级有序相和无序相自陷态激子发射的协同调控，导致了Cs₃Cu₂Cl₅纳米晶显著的压致变色行为。卸压过程中，压力约束的降低有利于原子重排，导致局域无序的非晶结构逐渐转变为能量较低且相对稳定的有序结晶相。这种“记忆效应”归因于非晶相中的局域晶体成分，可作为再结晶过程的“模板”。完全卸压后，Cu-Cu原子间距相对变短，从而增加相邻[Cu₂Cl₅]^3-单元之间的相互作用，提高了[Cu₂Cl₅]^3-单元的扭曲程度，且部分高压无序非晶相得以保留，导致荧光增强。

该工作大幅拓宽了压致变色发光材料在可见光区的响应范围，为服役于极端压强条件下的设备安全及压力泄漏防护，提供了一种相对稳定且裸眼可视化的全无机压力监测和传感材料。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是吉林大学“鼎新学者”博士后马志伟，通讯作者为吉林大学肖冠军教授，并得到了邹勃教授的悉心指导和大力支持。该工作是在国家重点研发计划“物态调控”重点专项、基金委面上项目等基金资助下完成的。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Considerable Piezochromism in All-Inorganic Zero-Dimensional Perovskite Nanocrystals via Pressure-Modulated Self-Trapped Exciton Emission

Zhiwei Ma, Songrui Yang, Yue Shi, Yuan Fu, Kai Wang, Guanjun Xiao,* and Bo Zou

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202406015

作者介绍

肖冠军，吉林大学唐敖庆卓越教授、博士生导师。入选教育部“国家重大人才工程奖励计划”青年学者、英国皇家化学会会士（RSC Fellow）、国家重点研发计划课题负责人。2008年本科毕业于吉林大学物理学院，2013年博士毕业于吉林大学超硬材料国家重点实验室，师从邹广田院士和邹勃教授。长期从事高压光物理和高压化学研究，作为第一/通讯作者在Nature Commun. (1)、J. Am. Chem. Soc. (5)、Angew. Chem. Int. Ed. (7)、CCS Chem. (2)、Nano Lett. (1)、Adv. Mater. (1)、Chem. Sci. (1)、Cell Rep. Phys. Sci. (2)、Sci. Bull. (1)和Adv. Sci. (3)等期刊发表论文50余篇，授权国家发明专利10余项。获国际先进材料学会科学家奖、首届“全国高压科学卓越青年学者奖”和唐敖庆青年人才奖，任中国化学会高压化学专委会委员、中国颗粒学会发光颗粒专委会常务委员、中国材料研究学会极端条件材料与器件分会委员、中国感光学会青年理事， Front. Chem.、The Innovation、eScience、Mater. Res. Lett.、SmartMat 和 Energy Environ. Mater.等杂志（青年）编委。

https://www.x-mol.com/university/faculty/75751