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高亮电致发光可穿戴电子织物的制备

2023年10月19日

为满足智能可穿戴设备对便捷显示技术的要求,人们希望将柔性显示器集成到服装上。织物显示器的成功制造依赖于发光显示技术,迄今为止,各种发光策略,如交流电致发光(ACEL)、有机发光二极管和光电化学电池,已经开发用于织物显示器件的制造。其中,ACEL具有视角宽、响应速度快、功耗低、对比度高、制造简单、性价比高、不会产生太多热量等优势,然而,缺乏有效和可扩展的制造方法限制了其在纺织品中的广泛应用。

受到纺织数码喷墨印花技术的启发,浙江理工大学胡毅教授团队提出一种简单的全喷涂方法在纺织品上制造ACEL器件。所制备的ACEL器件由织物、界面层、共晶镓铟合金(EGaIn)底电极、介质层、发光层、银纳米线(AgNWs)顶电极和封装层组成。具有本征流动性的EGaIn能够顺应器件的形状变化,有效抵抗裂纹扩展,大大提高了其抗机械变形的电稳健性。


EGaIn颗粒经过“机械烧结”后在TPU膜上得到很好的铺展,制成了具有良好均匀性的EGaIn电极;通过喷涂方法将AgNWs导电网络沉积在发光层上,以建立透明的顶电极;介质层是由PVDF-HFP和分散在其中的高介电常数BaTiO3纳米颗粒组成的复合材料,通过喷涂均匀沉积在底部电极上,可以防止器件被击穿;发射层是将ZnS∶Cu荧光粉分散到PVDF-HFP聚合物基体中,然后用喷枪将其沉积在介电层上制成的。


所制备ACEL器件表现出优异的耐久性,在弯曲、针刺、剪切、折叠和卷曲,甚至剧烈摩擦下都能正常工作。测试结果显示,在压缩比为50%的情况下弯曲1000次后,柔性ACEL器件的发射强度仅下降2.8%;在60℃下的标准洗衣机中连续洗涤180min后,器件亮度下降约7.9%,但不破坏发光均匀性;当暴露在高温高湿条件下72h后,设备亮度仅下降9.6%。


由于全喷涂ACEL器件可以成功地在织物上制备,并且具有很好的柔韧性和稳定性,进而研究团队制作了图案化的ACEL器件作为织物显示器。考虑到实际应用中经常要求发光织物具有多种颜色,他们使用不同颜色的透明TPU薄膜进行器件封装,使发光图案丰富多彩。


全喷涂ACEL器件具有集成到电子纺织品中的实际适用性,可用于体育健身、安全消防、弱势救助等领域,预期可制作出具有视觉交互和安全警示等功能的冲锋衣、运动服、帽子等产品,具有较好的市场转化潜力。
相关研究成果以 “Wearable Alternating Current Electroluminescent e-Textiles with High Brightness Enabled by Fully Sprayed Layer-by-Layer Assembly” 为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

(来源:高分子科学前沿)

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