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沾水发光的二维柔性显示器 给你无限遐想

导读: 对该器件的发光性能进行了研究,并且探讨了发光性能与桥接物质,外加电压之间的关系。进而将其做成了基于光信号的感应器。

构建具有一定功能和结构的柔性电子器件,为人类未来的生活提供了多种可能,例如:可穿戴的电子产品,植入式芯片,感应皮肤,柔性机器人等。伴随着对于发光材料的研究不断深入,这些富于创造力的产品,正在逐步从实验室走向人们的生活。比如,含有发光元素的服饰,通过光学信号构建的探测器,植入人体之后能够通过光信号释放药物,参与神经信号传递的芯片等。早期的研究,主要是采用丝网印刷技术,实现了交流电柔性发光材料的大规模制造。现如今,伴随着3D打印技术的出现,具有更加复杂结构的柔性材料也随之产生。

近日,南京工业大学黄维院士,北京大学深圳研究院孟鸿教授和德克萨斯大学达拉斯分校Ray H. Baughman教授(共同通讯作者不区分顺序)等人研究了一种基于极化电极桥接的柔性显示器,构建了利用光信号的远距离感应器。该研究发表于 Advanced Materials, 题为 “Polar-Electrode-Bridged Electroluminescent Displays: 2D Sensors Remotely Communicating Optically”。研究人员设计了一种新型结构的发光器件,这种器件主要由四个部分构成,分别是,一对平行叠加或者并排分布的电极,发光层,介电层以及一个可调控的电极层。通过选择不同的极化材料或者导电薄膜,实现了该电极层的可控。这种新型结构不仅简单,利于大规模制造,更为重要的是,与传统意义上的发光器件相比,一对相反的电极不再是互相堆叠,而是并排分布。正是由于这种结构上的优势,研究者们设计出了不同种类的器件。例如,将这种柔性材料安装在雨伞上,当水落在雨伞上,雨伞就会发光,这也为构建利用光信号变化的远程探测器提供了可能。

图1. 传统三明治构型的发光器件(记作 S-ELS)和极化电极桥接发光器件(记作 PEB-ELS)的比较

Adv. Mater.: 沾上水能发光的二维柔性显示器,给你无限遐想

a)传统三明治构型的发光器件(S-ELS)的结构示意图;

b)极化电极桥接发光器件(PEB-ELS)的结构示意图;

c )PEB-ELS的柔性特性展示;

d)PEB-ELS的背面放大图,电极宽度为0.45 mm,间距为0.40 mm;

e)水倾倒在PEB-ELS上之后,材料发光;

f)在水倾倒前后,交流电压的变化比较。

图2. 桥接材料,电压和频率对PEB-ELS性能的影响

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a)PEB-ELS的正面局部放大图,电极宽度为1.5 mm,间距为0.4 mm;

b)加入不同桥接液体之后,在暗处的发光情况;

c )在电压频率为2 kHz时,发光强度与桥接液体种类和浓度的关系图;

d)基板阻抗对发光强度的影响,插入图为液体接触时间与发光强度的关系;

e)在电压为不变时,发光强度与电压频率的关系图;

f)利用铅笔在PEB-ELS上绘制毕加索的画。

图3. 极化电极桥接实验。

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a-b)桥接实验示意图,先将PEB-ELS分成两部分,然后用水凝胶作为极化桥,将这两部分连接进行测试;

c)浸润在两个烧杯的的一半PEB-ELS;

d)用于桥接的透明聚丙烯酰胺水凝胶,长5 cm,宽1.6 cm,厚0.3 cm;

e)用水凝胶将两个烧杯相连之后,加上电压,PEB-ELS发光;

f)直接将水凝胶置于PEB-ELS上,材料发光。

图4. 雨水感应器的制备和性能测试

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a-b)雨水感应器的制备示意图;

c-d)雨水感应器的实物图,白光下和暗处;

e)手作为桥接电极,PEB-ELS发光;

f)当水结冰时,PEB-ELS发光强度减弱。

【小结】

这项研究介绍了一种新型的,低成本的,可以大规模生产的柔性发光器件。作者首先对该器件的发光性能进行了研究,并且探讨了发光性能与桥接物质,外加电压之间的关系。进而将其做成了基于光信号的感应器。当雨伞被淋湿时或者用手触碰时,接触的表面都会发光。不仅如此,这种新型的发光器件还可以应用于书写,当用铅笔书写时,对应区域也能发光。这也为未来的触控显示技术的发展提供了新的可能。

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