鲍哲南院士团队再发Nature：高亮度全聚合物可拉伸LED研究

时间：2022-03-25来源：佚名

皮肤上的下一代发光显示器应该是柔软、可拉伸和明亮的。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。它们要么需要高工作电压，要么在应变下具有有限的拉伸性和亮度、分辨率或鲁棒性。另一方面，可拉伸的聚合物材料具有良好的应变耐受性。然而，对于可拉伸的发光二极管来说，实现高亮度仍然是一个巨大的挑战。

2022年3月23日，斯坦福大学鲍哲南团队在《Nature》在线发表题为“High-brightness all-polymer stretchable LED with charge-trapping dilution”的研究论文，该研究报告了一种材料设计策略和制造工艺，以实现可拉伸的全聚合物发光二极管并具有高亮度（每平方米约 7,450 坎德拉）、高电流效率（每安培约 5.3 坎德拉）和高度可拉伸性（约 100% 应变）。

该研究制造了红色、绿色和蓝色的可拉伸全聚合物发光二极管，实现了皮肤上的无线供电和脉冲信号的实时显示。这项工作标志着高性能可拉伸显示器取得了重大的进步。

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实时显示信息对于交互式人机界面至关重要。除了用作视觉读数外，有机发光二极管还用作柔性和可弯曲显示器的关键部件。它们被用于许多领域，例如光学神经刺激（例如，光遗传学）、治疗（例如，治疗新生儿黄疸）和成像（例如，超声断层扫描）。最近，在用于持续监测活动、健康以及疾病早期发作的类皮肤传感器方面取得了很大进展。尽管柔性显示器盛行，但具有可重复拉伸性和低刚度的可拉伸显示器仍然缺乏。

为了将刚性显示器转化为可拉伸结构，已经报道了几种策略，包括在弹性聚合物基质中嵌入刚性纳米结构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、可拉伸性或分辨率。另一方面，本征可拉伸聚合物材料即使在高器件密度下仍可拉伸。因此，考虑到其低驱动电压、高亮度、快速响应时间、长期稳定性和基于解决方案的处理，全聚合物发光二极管 (APLED) 将成为皮肤显示器的理想平台。

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适用于可穿戴应用的具有不同颜色的内在可拉伸、低模量和高性能 APLED 和 APLED 阵列（图源自Nature ）

然而，由于多种原因，尚未实现本质上可拉伸的 APLED。首先，大多数共轭聚合物很脆，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。其次，发光共轭聚合物通常表现出强烈的电荷俘获效应，这会严重降低电子和空穴电流密度，并且还可能导致非辐射复合。第三，阳极和阴极所需的可拉伸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，半导体活性材料和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高。

在这项工作中，使用具有纳米限制发光聚合物结构的发光层解决了上述问题，该结构由软弹性体的自发相分离形成。这种策略使研究人员能够同时实现增强的拉伸性和电荷传输。此外，可拉伸发光层与透明的可拉伸和高导电聚合物电极相结合，并对阳极和阴极进行了适当的界面修饰，从而实现了亮度高达约 7,450?cd?m?2 和可拉伸性约为100% 应变，总模量约为 1?MPa。

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