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  近年來，隨著可穿戴設備、智能電子皮膚和機器人等新興領域的迅速發展，可拉伸電子器件逐漸走進人們的視野。與傳統電子器件相比，可拉伸電子器件突破剛性硅基底的限制，可以在拉伸、壓縮、彎曲等狀態下保持正常功能運行。其實可拉伸電致發光器件是可拉伸電子學的重要組成部分，是指在外部拉力或者壓縮力作用下發光面積可以伸縮的器件，是可穿戴系統中信息輸出窗口。隨著科學研究的不斷深入，可拉伸電致發光器件在可拉伸顯示、照明和生物醫療等領域展現出了巨大的應用潛力，因此受到了廣泛關注并取得了快速發展。

  然而，當前基于交流電致發光的可拉伸器件發光層介電常數較低，需要較高的驅動電壓才能達到足夠的亮度。另外一方面，由于器件制備工藝的限制，當前可拉伸發光顯示僅能實現簡單的圖案顯示。針對以上問題，南京大學現代工程與應用科學學院孔德圣教授課題組制備了一種高介電常數的可拉伸熱塑性彈性體，并將其應用于可拉伸顯示發光器件，實現了在低電壓驅動條件下的高亮度發光。研究團隊進一步研制出具有時鐘功能的可拉伸顯示器件，實現了貼膚穿戴條件下的信息顯示，極大的推進了此類器件的實際應用。相關工作以《Stretchable high permittivity nanocomposites for epidermal alternating current electroluminescent displays》為題發表在美國化學會期刊ACS Materials Letters上(ACS Mater. Lett. 2019, 1, 5, 511-518)。

  針對交流電致發光器件，高介電材料可有效增強電致發光顆粒處的激發電場，提升器件的發光亮度。研究團隊以極性熱塑性氟橡膠為基材，通過摻入由PVP所修飾的高介電鈦酸鋇納米顆粒，從而得到介電常數大于30彈性高介電材料，其最大拉伸應變大于200%。

圖1.高介電可拉伸復合彈性體

  研究團隊將制備的可拉伸高介電材料和ZnS:Cu粉體混合作為彈性發光層，同時改進漿料分散工藝，將發光層薄膜厚度控制在10微米左右，最終得到低壓驅動的高亮度發光器件。發光器件在35V、17k Hz的驅動電壓下發光亮度超過100 cd/m²。所制備的器件可以在彎曲、扭轉、拉伸至100%狀態下依然保持正常發光。同時器件反復拉伸20%和50%500個循環后依然可以保持70%以上的初始亮度。

圖2.可拉伸發光器件發光特性

  為了得到具有精密圖案的發光顯示器件，研究團隊發展了一種基于絲網印刷技術的銀線圖案化工藝。該工藝首先將銀線噴涂在玻璃基底上，得到高導電率的銀線網絡電極。接著，直接在電極表面絲網印刷熱塑性彈性體漿料做為保護層。然后，將帶有保護層的的銀線電極進行濕法刻蝕，對沒有保護地方的銀線進行刻蝕，從而得到具有精密圖案的銀線電極。基于銀線電極圖案化工藝和低壓驅動的彈性發光材料，研究團隊成功制備出具有時鐘顯示功能的穿戴器件。

圖3.表皮發光顯示器件

  該研究工作大幅度降低了可拉伸交流電致發光器件的驅動電壓，大大增強了這類器件的穿戴安全性，為其實用化打開了大門，被美國化學會作為重要科技進展，通過ACS Weekly PressPac進行了專門報道。該研究得到了科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金委、中央高校科研業務費的支持。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.9b00376