近日，成都理工大学物理学院钟义驰研究员在钙钛矿材料的微环境相变机制研究中取得重要突破，相关成果以“Surface-Driven Phase Transition of Cs₄PbBr₆ Nanocrystals in Droplets: A Humidity-Responsive Mechanism and Its Application in Information Security”为题，发表于国际顶级期刊《Journal of Colloid and Interface Science》（影响因子约10）。该研究不仅揭示了Cs₄PbBr₆纳米晶在液滴状态下的快速相变机理，还首次将其应用于信息加密与防伪技术，展现出材料科学与信息安全跨领域融合的巨大潜力。

图1 液滴表面驱动的Cs₄PbBr₆纳米晶向CsPbBr₃纳米晶转变的示意图

从“沉默晶体”到“发光密语”：水汽触发的可视化相变现象

Cs₄PbBr₆是一种结构稳定、环境惰性的零维无机钙钛矿材料，因其不具备自发光特性，长期被视为“沉默晶体”。然而，当其在特定条件下转化为具有强荧光性能的CsPbBr₃时，却能释放出明亮的绿光，为其在光电子器件中的应用打开了新局面。

研究团队发现，传统大体积溶液状态下，Cs₄PbBr₆即使暴露于空气中，也几乎不发生相变反应。而当其以微小液滴的形式存在时，仅需2秒钟即可在空气中由无色变为黄色，并在紫外光照射下发出明亮绿色荧光。实验表明，液滴较大的比表面积显著促进了有机溶剂的蒸发，使晶体表面直接暴露于空气中的水分子，从而加速了向CsPbBr₃的转化过程。这一相变过程不仅快速、可控，且具备高度的湿度依赖性。

湿度就是“钥匙”：构建一次性信息加密系统

借助上述机制，团队进一步提出了一种创新的信息加密方案：将Cs4PbBr₆液滴与机密信息共同封装于密闭干燥容器中，在传输过程中液滴保持“沉默”。一旦容器被打开，空气中的湿度迅速触发液滴“发光”，从而提示信息已被读取，实现可视化的“开封即验”。实验显示，在湿度高于75%时，液滴能在1秒内发光；而湿度低至30%以下时，响应时间则超过10秒。这一湿度响应特性为环境感知、保密通信、智能标签等应用提供了全新方案。

配体调控实现可调光谱输出

更进一步，研究人员通过引入不同浓度的油胺对液滴的表面配体进行调控，实现了发光波长从526 nm蓝移至501 nm的调节能力。这不仅揭示了CsPbBr₃纳米晶粒径变化与量子限域效应的密切关系，也为钙钛矿在多通道信息标记、动态防伪标签等领域的实际应用奠定了基础。

跨学科协作，推动材料科学服务信息安全

该项目由成都理工大学与中国科学院上海光机所、杭州高等研究院联合完成，集结了材料化学、光学物理与分子模拟等多个学科的研究力量。通过分子动力学模拟，研究团队从原子尺度上揭示了液滴中溶剂蒸发、水分子扩散与相变动力学之间的内在联系，首次提出“表面驱动相变机制”这一概念，为理解微环境下的材料行为提供了新的理论框架。本研究得到了国家自然科学基金（No. 12104110）与四川省自然科学基金（No. 2024NSFSC1352）的联合资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.137674