北京科技大学AOM：热致变色发光材料，智能温度感知！

Wiley

2026-04-15

研究背景

温度是能源系统、工业设备及信息安全领域中最关键的物理参数之一。在高压、密闭或存在隔热屏障的复杂环境下，传统红外测温易受材料透过性和视场遮挡等因素影响，难以准确反映真实工作温度。因此，能够通过可视化光信号直接记录并反馈温度变化的非接触温度感知材料，在智能传感与信息安全领域具有重要应用前景。近年来，热致变色发光材料因其直观、无需电接触的优势受到广泛关注，其中Mn²⁺基有机–无机杂化卤化物凭借多样的配位构型和稳定的发光特性成为重要研究对象。然而，现有体系多依赖水合/脱水过程或低温相变实现发光调控，普遍存在工作温度低、环境稳定性不足及可逆性受限等问题，制约了其在高温或复杂工况下的应用。因此，发展无水、高温稳定且结构可逆的热致变色发光机制具有重要的科学意义和工程价值。

论文概述

近日，北京科技大学刘泉林教授、赵静教授领导的科研团队报道了一种配位驱动的可逆热致变色发光杂化锰卤化物材料，用于非接触温度感知。该材料通过温度诱导的Mn²⁺配位结构重构，在约455 K实现由八面体[MnBr₆]^4-向四面体[MnBr₄]^2-的可逆转变，从而引发发光峰位由651 nm的红色发射转变为515 nm的绿色发射，并在冷却后可恢复至初始发光状态。该热致变色过程不依赖水合/脱水行为，化学组成保持不变，表现出良好的高温稳定性和循环可逆性。基于这一特性，作者进一步展示了其在非接触温度指示、柔性发光薄膜以及温度触发信息加密等方面的应用潜力。该研究为构筑无水、高温稳定的热致变色发光材料提供了新的结构设计思路，对智能温度感知与信息安全材料的发展具有重要参考价值。    

图文导读

图1 (MAMP)MnBr₃·Br的晶体结构、发光特性及温度响应行为。a. 单晶实物照片及单晶结构示意图；b. Hirshfeld表面分析；c. 自然光及紫外光（330-380 nm）激发下的荧光显微图像；d. 扫描电子显微镜(SEM）照片及Mn、Br元素分布图；e. 粉末X射线衍射（PXRD）实测图谱与模拟图谱对比；f. 荧光激发（PLE）与荧光（PL）光谱；g. 80-440 K范围内的温度依赖PL光谱；h. 发光半高宽（FWHM）随温度变化关系；i. 不同温度下的发光寿命衰减曲线。

图2 (MAMP)MnBr₃·Br的热致相变行为与发光可逆性。a. 温度循环后红色发光相（REP）与绿色发光相（GEP）在自然光和紫外光下的粉末照片；b. 原位高温PXRD图谱；c. 热重分析-差示扫描量热（TGA-DSC）曲线；d. 300-470K范围内的循环DSC曲线；e. 热循环后REP与GEP相的PXRD图谱；f. 温度循环过程中REP与GEP相的PL光谱；g. GEP相的PLE与PL光谱；h. REP与GEP相的傅里叶变换红外（FTIR）光谱。

图3 (MAEP)MnBr₄的结构与发光特性对比。a. (MAEP)MnBr₄的晶体结构及MAEP²⁺、MAMP²⁺的化学结构；b. (MAEP)MnBr₄在自然光和紫外光（330-380 nm）激发下的荧光显微图像；c. (MAEP)MnBr₄的室温发光寿命曲线；d. (MAMP)MnBr₃·Br的GEP相与(MAEP)MnBr₄的PLE与PL光谱对比。

图4 (MAMP)MnBr₃·Br的结构转变机理与电子结构分析。a. GEP与REP相之间的结构变化示意；b. (MAMP)MnBr₃·Br的理论能带结构；c. (MAMP)MnBr₃·Br的态密度（DOS）；d. 光致发光机理示意图。

图5 (MAMP)MnBr₃·Br的应用示例。a. (MAMP)MnBr₃·Br作为非接触温度标记用于温度测量；b. (MAMP)MnBr₃·Br与PDMS复合后的温度指示示例；c. (MAMP)MnBr₃·B与硅胶复合制备的柔性发光薄膜；d. (MAMP)MnBr₃·Br与K₂SiF₆:Mn⁴⁺复合构建的信息安全器件。

结论

团队提出了一种基于Mn²⁺配位结构可逆重构的无水热致变色发光机制，实现了杂化锰卤化物在高温条件下的可逆发光调控。不同于依赖水合/脱水或低温相变的传统体系，该材料的发光响应完全由温度驱动，在约455 K发生[MnBr₆]^4-八面体向[MnBr₄]^2-四面体的配位转变，使发光峰位由651 nm红光清晰切换至515 nm绿光。变温PXRD、DSC及FTIR结果证实了该相变过程的可逆性，高温相结构亦通过等构绿色发光对照体系(MAEP)MnBr₄得到验证。该研究建立了一种由Mn-Br键重构调控的高温、无水配位切换型热致变色发光策略，为非接触温度感知与信息安全材料在高温及极端工况下的应用提供了新的设计思路和参考。

期刊简介

Advanced Optical Materials是一个国际性的、跨学科的论坛，针对材料科学的同行评审论文，重点关注光-物质相互作用的各个方面。致力于光子学、等离子体、超材料等领域的突破性发现和基础研究。