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武漢紡織大學王棟教授/楊麗燕副教授《Adv. Mater.》：大尺寸、可拉伸、自保護、超高穩定性的鈣鈦礦光致發光長絲

2024-03-21 來源：高分子科技

鹵化鉛鈣鈦礦因其優異的光電性能，例如，光致發光量子產率高，發射光譜可調，色純度高，載流子輸運效率高，在柔性顯示和可穿戴光電子領域展示巨大應用潛力。然而，鹵化鉛鈣鈦礦在濕、熱和紫外光照下本征不穩定性阻礙了其產業化發展和應用。利用聚合物自封裝效應，構建鈣鈦礦@聚合物復合結構提升鈣鈦礦環境穩定性和柔性的有效手段。

近期，武漢紡織大學紡織纖維及制品教育部重點實驗室王棟教授團隊的楊麗燕副教授首次提出采用濕法紡絲開發高拉伸性和超高熒光穩定的鈣鈦礦@聚合物光致發光長絲（圖 1）。該工作以“Large-scale, stretchable, self-protective, and multifunctional perovskite luminescent filament with ultra-high stability”為題發表于《Advanced Materials》。文章第一作者為武漢紡織大學技術研究院的楊麗燕副教授，通訊作者為王棟教授。該研究工作得到國家自然科學基金和湖北省自然科學基金支持。

圖 1 連續制備多彩鈣鈦礦光致發光長絲

制備的鈣鈦礦@聚合物光致發光長絲（CsPbX₃ PLF，X=Cl, Br, I）熒光顏色豐富、亮度高（PLQY~24.5%）、發射光譜可調、色純度高、拉伸形變率大（~2400%）（圖 2）。XPS表面元素分析和TOF-SIMS厚度剖析表明鈣鈦礦納米在聚合物中均勻分布，表面/本體的階梯式分布結構，提高了CsPbX₃ PLF的拉伸穩定性和環境穩定性。同時，拉伸作用不影響鈣鈦礦結晶性能，只誘導多角度取向（圖 3）。

圖 2 CsPbX₃ PLF的光致發光性能和拉伸穩定性。

圖 3 CsPbX₃ PLF和TPU的WAXS圖

憑借聚氨酯的原位封裝效應及其與CsPbBr₃納米晶之間的螯合作用，CsPbBr₃ PLF在空氣（20~35 °C，30~80% RH）和85%高濕度環境中存儲30天、50℃的環境溫度中保存30天、水中浸泡30天、UV光照300分鐘、強酸強堿溶液（pH 1-13）和有機溶劑中浸泡5 min，均表現出突出的光致發光穩定性（圖 4）。該生產方法環境友好、生產速度高（0.7m/min）、生產成本低（1.56美元/100米）、回收利用熒光性能良好（回用5次，PL保持80%，回用10次，PL保持50%），大面積生產潛力巨大。

圖 4 鈣鈦礦光致發光長絲超高環境穩定性。

憑借CsPbX₃PLF優異的環境穩定性、耐酸堿性和耐有機溶劑性能，首次實現了在有機染料和拉伸應變傳感、柔性圖案顯示、二次防偽和危險預警系統方面的應用（圖 5），拓寬了鈣鈦礦材料的應用領域。

圖 5 鈣鈦礦光致發光長絲及紡織品的多功能應用。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202400919

【作者簡介】

王棟，武漢紡織大學二級教授，博導，現任武漢紡織大學黨委常委、研究生院院長、學科辦主任，紡織纖維及制品教育部重點實驗室主任。獲評國家“萬人計劃”青年拔尖人才、教育部“新世紀優秀人才”，享受國務院政府特殊津貼。榮獲全國五一勞動獎章、美國纖維學會杰出成就獎、中國青年科技獎、中國紡織工程學會紡織學術大獎等獎項。長期致力于先進纖維新材料及其與生物、電子、能源、環境等交叉學科領域的創新研究工作。

楊麗燕，武漢紡織大學技術研究院副教授，碩導，入選湖北省楚天學者計劃。獲國家自然科學基金青年基金、湖北省自然科學基金青年基金、武漢市科技局國家重點實驗室專項資助，就鈣鈦礦材料與光伏、發光器件方面研究在Adv. Mater.、Rep. Prog. Phy.、Adv. Funct. Mater.、J. Mater. Chem. A等期刊發表SCI 論文20余篇，ESI高被引論文1篇。

課題組主頁：http://wdgroup.org/

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（責任編輯：xu）

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