上海交通大学姚琳等AFM综述：新兴热致变色钙钛矿材料——深入了解基本原理、最新进展和应用

热致变色材料是一类能够响应外部温度变化而改变其光学性质（包括颜色、透明度和反射率）的物质。这些材料因其多功能性而获得了极大的关注，并广泛应用于太阳辐射和热能的动态控制领域。近些年热致变色钙钛矿材料通过外部热刺激可表现出可逆的光学性质变化被认为是有前途的热刺激响应材料，其具有可调性质、快速响应和有效光调制的潜在能力。

近日上海交通大学姚琳副教授、南京邮电大学许利刚副教授和香港中文大学龙祎教授团队在《Advanced Functional Materials》发表了一篇题为“ Emerging Thermochromic Perovskite Materials: Insights into Fundamentals, Recent Advances and Applications”(DOI: 10.1002/adfm.202402234)。文章作者全面总结了钙钛矿材料热变色行为背后的制备方法、结构特征和潜在的工作机制。各种制备方法的比较揭示了不同方法在控制钙钛矿材料的结构和物理性质方面的独特优势。作者详细研究了从三维到零维不同维度的钙钛矿材料的光学性能和热致变色效应，为材料的优化设计提供了有价值的见解。本研究同时深入研究了光—热转换过程和能带结构的变化，以充分理解钙钛矿热变色的机制，从而揭示热变色现象背后的基本原理。这不仅加深了对钙钛矿热致变色的理解，同时为使用热致变色钙钛矿材料的实际应用提供了理论指导（图1）。

图1:热致变色钙钛矿合成方法，合成机理及潜在应用

作者在文章中首先总结了热致变色钙钛矿产生独特热刺激效应的变色机理，主要机理包括钙钛矿水合和脱水过程、结构相变和晶格膨胀。通过分析这些机理是否共同发生并影响材料变色行为，为后续热致变色钙钛矿研究打下基础。随后作者总结了热致变色钙钛矿薄膜和单晶的制备方法（图2）。

图2：热致变色钙钛矿薄膜和单晶合成方法示意图

针对热致变色钙钛矿薄膜，尤其是Methylammonium（MA）基三维钙钛矿及二维钙钛矿薄膜，作者系统概述了其发展进展。同时该文章总结了钙钛矿晶体的合成方法，包括冷却结晶、受控蒸发结晶及抗溶剂挥发辅助结晶，重点依据不同维度钙钛矿系统论述了钙钛矿单晶的发展。此外，该文章综述了钙钛矿单晶在热致变色特性外，还具有独特的物理性质（如温度依赖的电导率和铁磁性），从而为热致变色钙钛矿的多功能应用发展提供了理论依据（图3）。作者强调了制造技术在调节钙钛矿热变色性能中的关键作用，选择合成方法对于优化热致变色钙钛矿材料以满足先进的热变色应用至关重要。

图3：热致变色钙钛矿单晶及其独特物理性质

该文章综述了热致变色钙钛矿材料在智能窗户和光伏窗户的发展进展（图4），同时与以二氧化钒（VO 2）和水凝胶材料为基础的高性能热致变色智能窗做了深入比较（图5）。

图4：热致变色钙钛矿智能窗及光伏窗

图5：高性能热致变色智能窗总结

此外，作者分析了钙钛矿材料在防伪技术和光学数据存储领域的潜在应用。这一多方面的探索揭示热致变色钙钛矿领域在各个行业中开辟的多样化和有前途的途径。

图6：热致变色钙钛矿材料应用于防伪技术和光学数据存储

该综述扩展了热致变色钙钛矿材料的现有理解，为进一步的研究和应用奠定了坚实的基础，有力促进可持续能源和智能材料的发展，预示其在多功能交叉应用领域的广阔前景。相关研究以“Emerging Thermochromic Perovskite Materials: Insights into Fundamentals, Recent Advances and Applications”为题，发表在国际期刊《先进智能材料》( Advanced Functional Materials)上。

该论文的第一作者为上海交通大学光热智能材料与器件实验室硕士研究生刘一鸣，第一单位为上海交通大学。该项目得到国家自然科学基金、上海交通大学基础研究试点项目、上海交通大学启动基金的资助。

来源：高分子科学前沿

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