沾水發(fā)光的二維柔性顯示器 給你無限遐想

　　構(gòu)建具有一定功能和結(jié)構(gòu)的柔性電子器件，為人類未來的生活提供了多種可能，例如：可穿戴的電子產(chǎn)品，植入式芯片，感應(yīng)皮膚，柔性機(jī)器人等。伴隨著對(duì)于發(fā)光材料的研究不斷深入，這些富于創(chuàng)造力的產(chǎn)品，正在逐步從實(shí)驗(yàn)室走向人們的生活。比如，含有發(fā)光元素的服飾，通過光學(xué)信號(hào)構(gòu)建的探測(cè)器，植入人體之后能夠通過光信號(hào)釋放藥物，參與神經(jīng)信號(hào)傳遞的芯片等。早期的研究，主要是采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了交流電柔性發(fā)光材料的大規(guī)模制造?，F(xiàn)如今，伴隨著3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，具有更加復(fù)雜結(jié)構(gòu)的柔性材料也隨之產(chǎn)生。

　　近日，南京工業(yè)大學(xué)黃維院士，北京大學(xué)深圳研究院孟鴻教授和德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校Ray H. Baughman教授(共同通訊作者不區(qū)分順序)等人研究了一種基于極化電極橋接的柔性顯示器，構(gòu)建了利用光信號(hào)的遠(yuǎn)距離感應(yīng)器。該研究發(fā)表于 Advanced Materials, 題為 “Polar-Electrode-Bridged Electroluminescent Displays: 2D Sensors Remotely Communicating Optically”。研究人員設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件，這種器件主要由四個(gè)部分構(gòu)成，分別是，一對(duì)平行疊加或者并排分布的電極，發(fā)光層，介電層以及一個(gè)可調(diào)控的電極層。通過選擇不同的極化材料或者導(dǎo)電薄膜，實(shí)現(xiàn)了該電極層的可控。這種新型結(jié)構(gòu)不僅簡單，利于大規(guī)模制造，更為重要的是，與傳統(tǒng)意義上的發(fā)光器件相比，一對(duì)相反的電極不再是互相堆疊，而是并排分布。正是由于這種結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，研究者們?cè)O(shè)計(jì)出了不同種類的器件。例如，將這種柔性材料安裝在雨傘上，當(dāng)水落在雨傘上，雨傘就會(huì)發(fā)光，這也為構(gòu)建利用光信號(hào)變化的遠(yuǎn)程探測(cè)器提供了可能。

　　圖1. 傳統(tǒng)三明治構(gòu)型的發(fā)光器件(記作 S-ELS)和極化電極橋接發(fā)光器件(記作 PEB-ELS)的比較

　　a)傳統(tǒng)三明治構(gòu)型的發(fā)光器件(S-ELS)的結(jié)構(gòu)示意圖;

　　b)極化電極橋接發(fā)光器件(PEB-ELS)的結(jié)構(gòu)示意圖;

　　c )PEB-ELS的柔性特性展示;

　　d)PEB-ELS的背面放大圖，電極寬度為0.45 mm，間距為0.40 mm;

　　e)水傾倒在PEB-ELS上之后，材料發(fā)光;

　　f)在水傾倒前后，交流電壓的變化比較。

　　圖2. 橋接材料，電壓和頻率對(duì)PEB-ELS性能的影響

　　a)PEB-ELS的正面局部放大圖，電極寬度為1.5 mm，間距為0.4 mm;

　　b)加入不同橋接液體之后，在暗處的發(fā)光情況;

　　c )在電壓頻率為2 kHz時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度與橋接液體種類和濃度的關(guān)系圖;

　　d)基板阻抗對(duì)發(fā)光強(qiáng)度的影響，插入圖為液體接觸時(shí)間與發(fā)光強(qiáng)度的關(guān)系;

　　e)在電壓為不變時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度與電壓頻率的關(guān)系圖;

　　f)利用鉛筆在PEB-ELS上繪制畢加索的畫。

　　圖3. 極化電極橋接實(shí)驗(yàn)。

　　a-b)橋接實(shí)驗(yàn)示意圖，先將PEB-ELS分成兩部分，然后用水凝膠作為極化橋，將這兩部分連接進(jìn)行測(cè)試;

　　c)浸潤在兩個(gè)燒杯的的一半PEB-ELS;

　　d)用于橋接的透明聚丙烯酰胺水凝膠，長5 cm，寬1.6 cm，厚0.3 cm;

　　e)用水凝膠將兩個(gè)燒杯相連之后，加上電壓，PEB-ELS發(fā)光;

　　f)直接將水凝膠置于PEB-ELS上，材料發(fā)光。

　　圖4. 雨水感應(yīng)器的制備和性能測(cè)試

　　a-b)雨水感應(yīng)器的制備示意圖;

　　c-d)雨水感應(yīng)器的實(shí)物圖，白光下和暗處;

　　e)手作為橋接電極，PEB-ELS發(fā)光;

　　f)當(dāng)水結(jié)冰時(shí)，PEB-ELS發(fā)光強(qiáng)度減弱。

　　【小結(jié)】

　　這項(xiàng)研究介紹了一種新型的，低成本的，可以大規(guī)模生產(chǎn)的柔性發(fā)光器件。作者首先對(duì)該器件的發(fā)光性能進(jìn)行了研究，并且探討了發(fā)光性能與橋接物質(zhì)，外加電壓之間的關(guān)系。進(jìn)而將其做成了基于光信號(hào)的感應(yīng)器。當(dāng)雨傘被淋濕時(shí)或者用手觸碰時(shí)，接觸的表面都會(huì)發(fā)光。不僅如此，這種新型的發(fā)光器件還可以應(yīng)用于書寫，當(dāng)用鉛筆書寫時(shí)，對(duì)應(yīng)區(qū)域也能發(fā)光。這也為未來的觸控顯示技術(shù)的發(fā)展提供了新的可能。