沾水发光的二维柔性显示器 给你无限遐想

　　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

　　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

　　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。

　　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

　　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。