2022/3/25 17:49:13 阅读：256 发布者：chichi77
下一代皮肤发光显示器，应该是柔软、有弹性且明亮的。此前报道的可伸缩发光器件，大多基于无机纳米材料，如发光电容器、量子点或钙钛矿等。它们要么要求高的工作电压，要么具有有限的拉伸能力、亮度、分辨率或应变下的鲁棒性。
另一方面，本质上可伸缩的聚合物材料具有良好的应变耐受性。然而，实现高亮度对本质可伸缩发光二极管来说，仍然是一个巨大的挑战。
在此，来自美国斯坦福大学的鲍哲南等研究者报道了一种材料设计策略和制造工艺，以实现具有高亮度(约7450坎德拉每平方米)、高电流效率(约5.3坎德拉每安培)和可拉伸性(约100%应变)的可伸缩全聚合物基发光二极管。相关论文以题为“High-brightness all-polymer stretchable LED with charge-trapping dilution”于2022年03月23日发表在Nature上。
实时显示信息，是交互式人机界面的关键。除了被用作视觉读出，有机发光二极管还可被用作柔性和可弯曲显示器的关键部件。目前，它们已广泛应用于众多领域，如光学神经刺激(如光遗传学)、治疗(如治疗新生儿黄疸)和成像(如超声断层扫描)等。最近，类似皮肤的传感器在持续监测活动、健康和福祉以及疾病的早期发病方面，取得了很大进展。尽管柔性显示器非常流行，但具有可重复拉伸性和低刚度的可伸缩显示器仍然缺乏。
为了将刚性显示器转换为可伸缩的结构，目前已经报道了几种策略，包括将刚性纳米结构嵌入弹性聚合物基体的纳米复合材料或应变工程。然而，这些演示必须牺牲设备性能、可扩展性或分辨率。另一方面，本质上可伸缩的聚合物材料，即使在高器件密度下也保持可伸缩。因此，全聚合物发光二极管(APLEDs)具有驱动电压低、亮度高、响应时间快、稳定性好、可溶液处理等优点，将成为皮肤显示的理想平台。然而，由于几个原因，本质可伸缩的APLEDs还没有实现。
首先，大多数共轭聚合物是脆性的，即使在小于25%的小应变下也会产生大裂纹，导致电子性能显著降低。第二，发光共轭聚合物，通常表现出很强的电荷捕获效应，严重降低电子和空穴电流密度，并可能导致非辐射复合。第三，报道的用于阳极和阴极的可伸缩导电聚合物的电导率太低，无法提供高亮度所需的高驱动电流。第四，半导体活性材料与导电聚合物电极之间可能存在能级错位，导致电荷注入受阻和驱动电压过高。
在此，研究者利用从软弹性体自发相分离形成的纳米受限发光聚合物结构的发光层来解决上述问题。这一策略，使研究者能够同时提高拉伸能力和电荷传输。此外，可伸缩发光层与透明可伸缩的高导电性聚合物电极相结合，并对负极和正极进行适当的界面修饰，从而实现可伸缩的APLEDs，其亮度高达7450 cd m-2，拉伸能力约为100%的应变，整体模量约为1 MPa(图1a)。
图1. 自发形成的各种颜色的纳米纤维发光结构增强了发光共轭聚合物薄膜的拉伸能力。
图2. 电荷捕获稀释效应增强可拉伸发光共轭聚合物薄膜的电子和光学性能
图3. 高导电性和高延展性PEDOT:PSS/PR电极
图4. 本质上可伸缩、低模量和高性能的APLEDs和不同颜色的APLED阵列，适用于可穿戴应用
综上所述，研究者通过合理的材料工程和优化的器件制造，实现了可伸缩和高效的APLEDs。这项工作提供了一种方法，以帮助改善视觉的人-电子界面，并奠定了下一代可伸缩的光电器件的皮肤电子和生物电子应用的基础。
据悉，这是鲍哲南院士继2021年12月8日之后，文章再一次登上Nature，同样是柔性显示器。
作者简介
鲍哲南，1970年出生于中国南京，化学家，中国科学院外籍院士，美国国家工程院院士 ，美国艺术与科学学院院士，斯坦福大学化学工程系教授。
1987年鲍哲南考取南京大学化学系；1995年获得美国芝加哥大学化学系博士学位后进入了贝尔实验室任职；2001年获得贝尔实验室杰出研究人员称号；2004年进入斯坦福大学化学系任教;2007年获得斯坦福大学工程教学女教师优秀奖;2010年底作为创办人之一的C3Nano公司在美国硅谷成立；2011年获得影响世界华人大奖；2015年被选为《自然》杂志年度十大人物；2016年当选美国国家工程院院士；2017年获得世界杰出女科学家成就奖 。
鲍哲南一直致力于化学、材料科学、能源、纳米电子学和分子电子学等领域的研究，研究领域涉及能源、有机和高分子半导体材料、传感材料和分子电子器件、纳米电子学 。
据悉，前不久，即2021年11月18日，2021两院院士增选当选名单公布，鲍哲南、张亚勤等人入选了外籍院士。至此，鲍哲南已成为三院院士。
据不完全统计，2021年至今，鲍哲南院士就已在包括Nature、Science、Proceedings of the National Academy of Sciences、JACS、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Electronic Materials、Advanced Functional Materials、Nature Communications、Science Advances、Nature Energy、Nature Electronics、Angewandte Chemie International Edition等期刊上，发表多篇文章，引用次数高达131606，H指数高达188。
文献信息
Zhang, Z., Wang, W., Jiang, Y. et al. High-brightness all-polymer stretchable LED with charge-trapping dilution. Nature 603, 624–630 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04400-1
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04400-1#citeas
https://baike.so.com/doc/6233568-6446917.html
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