《Angew.Chem.》机械变色结构颜色的钙钛矿纳米片水凝胶

合成了钙钛矿纳米片的结构彩色胶体溶胶，并通过原位光聚合将其固定在聚合物水凝胶薄膜中，从而产生了一种新型的机械变色材料。可见吸收光谱，偏振光学显微镜和小角度X射线散射表明，纳米片平行于膜表面排列，其周期性距离最大为300 nm，使结构色在全色范围内可调。最近，福冈工学院Nobuyoshi Miyamoto教授团队发明的结构彩色凝胶显示出可逆的机械致变色响应，该响应检测到1 kPa的弱应力，快速响应时间小于1 ms，并且具有较高的机械韧性（压缩断裂应力高达3 MPa）。这些优异的性能适用于机械传感器和显示器的应用。相关论文以题为Perovskite Nanosheet Hydrogels with Mechanochromic Structural Color发表在《德国应用化学》上。

【图文解析】钙钛矿纳米片胶体显示出可通过改变纳米片浓度来调节的明亮结构颜色。 3 wt％（图1 d）和2 wt％（图1 c）纳米片胶体显示结构色，具有珍珠光泽，而1 wt％（图1 b）胶体是无色的。在紫外可见（UV / Vis）反射光谱中，3 wt％的胶体（图1 d）显示的最大反射波长λmax为469 nm。低于360 nm处的强吸收是由于半导体钙钛矿纳米片的带隙吸收所致，这一点已被观察到，在无结构的稀胶体（0.1 wt％）中也观察到了带隙吸收（图1 a）。

图1 液晶钙钛矿纳米片的结构颜色胶体溶胶的表征。尽管上述结构颜色对各种因素的高度依赖性，但具有结构颜色的纳米片胶体已成功固定为复合凝胶。在水凝胶的合成过程中，纳米片之间的结构颜色和层间距离发生了变化，如UV/Vis光谱所揭示（图2A）。在横截面图像中（图2B），当交叉偏振器与凝胶表面之间的角度为45°时，观察到由于排列的LC纳米片的双折射而产生的强烈干涉色，而图像随着角度的变化而变暗0°从表面和横截面的扫描电子显微镜（SEM）观察结果（图2D）也证实了上述结构。在表面图像中（图2E和F），观察到了几微米的纳米片。在横截面图中，观察到许多由于平行于凝胶表面方向而堆积的纳米片引起的条纹（图2 G和H）。相比之下，没有纳米片的凝胶仅显示具有孔的三维网络结构（图2 I）。

图2 具有3％纳米片的结构彩色纳米片/PNIPA复合水凝胶的表征。此外，复合凝胶的抗压强度要大于纯PNIPAm凝胶（图3 A）。图3 B显示了结构色凝胶的压缩应变与λ_max的关系。随着应变的增加，结构颜色从橙色（λ_max= 683 nm）变为蓝色（λ_max= 481 nm）。在拉伸变形中，颜色变化比压缩变形更敏感（图3 D）。快速响应时，将10微克物质放在凝胶上方5厘米处，使其掉落并撞击凝胶;用高速相机观察该过程当物质撞击凝胶时，接触点的颜色发生了显着变化（图3 E）。为了演示结构色胶作为印章展示的性能，我们制作了带有字母“ FIT”的硅橡胶印章，并将其放在覆盖有玻璃板的结构色胶下（图3F）。

图3 纳米片/ PNIPAm复合水凝胶的机械变色现象。【总结】团队首次获得了钙钛矿纳米片的结构色胶体溶胶，并成功地将其固定为水凝胶，该水凝胶具有可通过纳米片浓度调节的均匀宏观结构颜色以及由于纳米片的增强而具有的高机械韧性。此外，本发明的结构色凝胶表现出优异的机械致变色行为，具有快速响应和高灵敏度，将被用作智能机械传感器和显示器。钙钛矿纳米片的高设计性和各种功能将进一步导致未来的多功能结构彩色材料。