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沾水發(fā)光的二維柔性顯示器 給你無限遐想

作者: 時(shí)間:2017-09-25 來源:材料牛 收藏

  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)信號構(gòu)建的探測器,植入人體之后能夠通過光信號釋放藥物,參與神經(jīng)信號傳遞的芯片等。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。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201709/364701.htm

  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,構(gòu)建了利用光信號的遠(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,研究者們設(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)建利用光信號變化的遠(yuǎn)程探測器提供了可能。

  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

  

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  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PEB-ELS性能的影響

  

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  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)。

  

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  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)器的制備和性能測試

  

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  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。



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