Light：受神经元启发的 CsPbBr3/PDMS 纳米球可用于多维传感和交互式显示
大家好，今天给大家分享的是Light: Science & Applications上的文章“Neuron-inspired CsPbBr3/PDMS nanospheres for multi-dimensional sensing and interactive displays”
【摘要】
多功能材料在智能和交互设备中引起了极大的关注。然而，使用相同的钙钛矿量子点 (PQD) 材料实现多维传感能力仍处于起步阶段，有些人认为目前这很有挑战性，甚至无法实现。从神经元中汲取灵感，设计出一种新型多功能 CsPbBr3/PDMS 纳米球，可以同时感应湿度、温度和压力，并具有独特的交互响应。精心设计的聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 壳使核心 CsPbBr3 具有可逆活性，在高灵敏度传递和评估外部刺激方面发挥了类似于树突的双重作用。分子动力学分析表明，具有适当孔隙密度的 PDMS 壳可增强水和热的导电性，使 CsPbBr3 具有敏感但可逆的特性。通过调节PDMS壳层的交联密度，纳米球可以意外地表现出对不同程度刺激的定制灵敏度和可逆响应，在多维和宽范围传感中可达到95%以上的准确率。首次发现的规则压敏特性归因于纳米球的规则形貌、PDMS壳层固有的低刚性以及CsPbBr3核材料的均匀分布。该研究通过定制壳层材料交联密度，打破了传统的钙钛矿核壳材料的设计范式，深入探究了具有梯度壳层密度的纳米球对环境刺激的可逆响应机制，为多维传感和交互式显示应用提供了新的见解。
【背景】
人工智能技术日益增长的需求凸显了具有增强多功能性的类皮肤智能传感设备的必要性。从单一功能到多感官和多功能能力的转变对于这些设备模仿或超越人类感官能力至关重要。增强感知刺激的可视化和交互性将提高传感设备的可用性，强调开发能够与人类通信的多维传感材料的重要性。
图 1.CsPbBr3/PDMS纳米球的设计和制备。
图 2. 对湿度的可逆响应。
图 3. 对温度的可逆响应。
图 4. 对压力的可逆响应。
图5多维感知和交互式显示。
【结论】
在本研究中，我们受到神经元的启发，提出了一种多功能传感材料设计，包括 CsPbBr3/PDMS 纳米球，能够同时检测和响应湿度、温度和压力。PDMS 具有双重用途：首先，它保护内部钙钛矿材料，保持其可逆活性。 其次，利用其多孔特性，PDMS 促进 CsPbBr3 与环境之间的直接接触，增强材料的灵敏度。值得注意的是，PDMS 的可调交联密度允许创建具有定制灵敏度和对不同刺激水平可逆性的纳米球。这种响应变化可以比作在树突上观察到的加权特性，提供独特的响应能力和感知能力。
重要的是，我们深入研究了控制 CsPbBr3/PDMS 纳米球对不同刺激的差异化敏感性和可逆性的机制。湿度响应依赖于晶格，加上可逆表面缺陷钝化。温度敏感性和可逆性与系统内的可逆相变和能量波动有关。压力响应主要源于低刚性PDMS壳的规则可逆变形，以及CsPbBr3核心材料的均匀分布。最终，基于CsPbBr3 / PDMS纳米球的集成受体不仅能够实现精确的湿度和温度检测，而且在人机交互中也显示出良好的前景，感知和交互准确度超过95％。这一有趣的发现为多维传感和交互式显示应用领域的进步开辟了令人兴奋的可能性。
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原文DOI： https://doi.org/10.1038/s41377-025-01742-z
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