河南大学王新课题组AFM：基于单一共享MXene电极的自驱动集成的电致发光显示器件及信息加密

存储和识别机密信息作为一个全球性问题，已经对经济、军事和国家安全产生了重大影响。根据经济合作与发展组织(OECD)的报告，在2022年假冒伪劣产品的贸易价值已达到约9900亿美元，这对信息加密的安全性产生了更高的要求。防伪和视觉光学信息加/解密技术在信息安全领域受到广泛关注，但发光加密技术仍然面临着外部高压电源、复杂结构和昂贵解密设备等巨大挑战，阻碍了其广泛应用。

近日，河南大学未来技术学院王新团队开发了一种可穿戴式集成自供电电致发光(EL)显示器件(W-ELD)，该器件由MXene/silicion作为摩擦层的摩擦电纳米发电机(MS-TENG)和EL器件通过共享MXene电极所集成，实现了不需要任何电气互连（例如铜线）的完全集成，用于图案显示和信息加密。MS-TENG具有优异的输出性能(输出功率为0.9 Wm−2)，高稳定性和耐用性(104次循环)，可直接点亮柔性EL器件。更重要的是，当滴入导电电解质溶液时，基于“中國”图案的MXene电极的W-ELD器件可以通过自供电电致发光精确显示加密信息，实现实时可视化信息交互。这项工作以题为“Wearable Integrated Self-Powered Electroluminescence Display Device Based on All-In-One MXene Electrode for Information Encryption”发表在了《Advanced Functional Materials》上，河南大学未来技术学院研究生张思语为本文第一作者。

【Ti3C2Tx MXene电极的制备与表征】

用LiF/HCl混合对Ti3AlC2 (MAX)中的铝层进行典型的选择性蚀刻，然后将溶液旋涂到氧离子处理过的PET上，制造了柔性透明Ti3C2Tx MXene电极。此电极在重复弯曲(120°)超过5000次后，其电阻无明显变化，且在550 nm波长处，MXene电极的透过率约为80%。因此，MXene电极具有优异的机械稳定性、高透明度和高导电性，将有助于制造自供电电源TENG和柔性EL器件，用于图案显示和信息加密/解密。

图1.MXene电极的制备与性能

【MS-TENG的高输出性能】

图2展示了MS-TENG的制备流程、单电级模式下MS-TENG的工作原理以及MXene/silicone（硅胶）质量分数对MS-TENG输出性能的影响。图3展示了MS-TENG 随工作频率变化的电学输出。

图2.MS-TENG的制作和不同质量分数MXene/silicone的性能研究

图3.MS-TENG的输出性能

【W-ELD的结构与电致发光性能】

图5展示W-ELD的一体化集成结构示意图与电致发光性能。探究了不同条件（ZnS: Cu/PVDF-HFP质量比、发射层厚度、驱动电压和驱动频率）对电致发光强度的影响。具有叶片图案化的W-ELD在不同弯曲测试下，表现出了出色的柔性和工作稳定性。

图5. W-ELD的结构与电致发光性能

【W-ELD的信息加密显示】

图6显示了基于图案化共面电极的W-ELD器件结构及加密信息演示。随着在发光层上滴入NaCl水溶液，逐步出现隐藏的“中國”的加密信息。并且，W-ELD器件在100°C空气中暴露30天仍维持其发光性能，证明具有良好的热稳定性。

图6.W-ELD的信息加密显示

小结：在这项工作中，W-ELD器件通过一体化MXene电极作为共享电极将MS-TENG和EL进行高度集成，并基于此器件用于图案显示和信息加密/解密。本研究在定制图案显示、防伪、安全识别和可穿戴系统等领域显示出巨大的潜力。

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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