近日，四虎影视 张红雨教授课题组，设计了一种有机化合物DPDAPA，并通过调控生长条件获得了柔性（Cry-O：橙色荧光）和脆性（Cry-Y：黄色荧光）多晶相晶体。两种晶相在室温和低温之间表现出独特的荧光位移和可逆的光谱变化，并在加热下发生单向相变。晶相O和Y之间的光学和力学差异源于它们不同的分子排列和分子间相互作用。值得注意的是，在加热到98°C和132°C时，Cry-O经历了连续的相变，从而形成三元“伪异质结”结构，促进了多个功能相集成到单个材料中。这些发现不仅加深了对有机材料结构-性能关系的理解，而且还展示了光电子器件和光学传感器的多态驱动特性调谐的潜力。

图1. DPDAPA不同晶相的生长与转变（a）和三元伪异质结晶体的制备过程（b）示意图；Cry-O与Cry-Y晶体的吸收发射光谱（c, d）与机械性能测试（e, f）

当Cry-O和Cry-Y晶体在365 nm激发下从室温（25°C）冷却到液氮温度（－196°C）时，观察到明显的荧光红移（图2a）。Cry-O的发射峰由575 nm红移至605 nm（图2d），而Cry-Y的发射峰由540 nm红移至566 nm（图2e）。单晶衍射数据证实晶胞单元压缩是导致发射峰红移的原因。当Cry-O加热到98℃时，其荧光从橙色变为黄色（图2b），最大发射波长从575 nm移动到546 nm（图2d）。进一步将Cry-O加热至132°C，会引起第二次从黄色到绿色的转变，发射峰从546 nm变为526 nm（图2d）。对于Cry-Y，从25°C加热到98°C导致荧光强度下降（图2c），进一步加热至132℃后，Cry-Y的荧光颜色由黄色变为绿色，最大发射波长由540 nm变为530 nm（图2e）。冷却至室温后，两种晶体的荧光都保持稳定，这表明Cry-O和Cry-Y的相变是单向且不可逆的。

图2. DPDAPA不同晶相的转变过程及表征

利用Cry-O和Cry-Y的单向不可逆相变过程，通过对原始晶体的不同部分进行选择性加热，设计了三元和二元伪异质结。对于Cry-O，在不同温度下选择性地加热不同区域（图3a），形成了一个伪异质结结构，在一个单晶中包含了三个不同的晶相。每个晶相在365 nm激发下发出独特的荧光波长（图3c）。通过刺激特定区域，可以选择性激活不同颜色的荧光，该特性允许基于对应于每个晶体相位的特征波长信号进行位置识别。对于Cry-Y，由于它从室温到熔化只经历了一个相变（图3d，e），相同的处理方法在单晶材料中产生二元伪异质结（图3f），每个对应于特定的荧光波长。这两个波长信号可以表示二进制状态“0”和“1”，允许对信号进行二进制加密传输（图3f）。

图3. Cry-O和Cry-Y伪异质结制备示意图与不同位置激发的光信号

综上所述，这项研究提出了一种控制有机晶体多态性的方法，揭示了有机材料中可调谐发光和机械性能的潜力。其中可调的发光和机械性能至关重要，在这些晶体中的多态性不仅突出了分子堆积和分子间相互作用在决定有机晶体的力学和光学性质中的关键作用，而且为多功能材料的设计打开了大门。此外，在晶体衬底内形成的“伪异质结”概念为在单一材料系统内集成多个功能相提供了新的可能性，从而在不需要复杂材料集成的情况下提高器件性能。相关研究成果以“An Organic Crystalline Ternary Pseudo-Heterojunction with Contrasting Luminescent and Mechanical Properties Prepared by Thermotropic Phase Transition”为题，于2月13日发表在Angewandte Chemie International Edition上（Angew. Chem. Int. Ed.2025, e202500151）。

吉林大学博士生齐健群为第一作者，通讯作者为四虎影视 张红雨教授。研究工作得到了国家自然科学基金面上基金、吉林省自然科学基金面上基金等项目的支持。