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纺织纤维嵌入新型电致发光(EL)器件设计

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近年来,新型电致发光(EL)器件技术的研发取得了重大进展。特别是以磷基EL器件为代表,将会其固有的柔性/可拉伸行态,而被视为可实现多种功能行态的候选取之一。某种嵌有发光荧光粉的聚合物复合材料,都需要承受各种类型的内部管理变形而不丧失功能。目前,发光聚合物最常用的材料是硫化锌(ZnS)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)的复合材料,简称PDMS+ZnS。将上述聚合物基复合材料夹在石墨烯或银纳米线(AgNWs)等柔性电极之间时,其都需要在各种机械变形下表现出柔性/可拉伸行态,一块儿利用交流电驱动EL(ACEL)。然而,某种共面的器件行态,要求平面电极即使在变行态态下,也要具有高透射率、机械耐久性和稳定导电性。

都需要看了,该平面器件中的夹层材料是非常重要的。在这方面,氧化铟锡(ITO)、石墨烯、碳纳米管和银纳米线以及水凝胶皆有你某种 应用前景。因此,它们在透射率和电导率之间呈现出相反的关系,从而限制了电极的优点。因此,有必要开发某种新型耐用的夹层材料用于EL系统,使其显示出高灵活性和发光性。

有鉴于此,韩国大邱庆尚北道科学技术研究院(DGIST)Soon Moon Jeong教授课题组介绍了某种新型的EL器件行态。作者将纺织纤维嵌入聚二甲基硅氧烷和硫化锌(PDMS+ZnS)复合材料中,通过平面电场驱动,消除了对材料高透过率的要求。在施加交流电压时,光从纤维附近的ZnS粒子中辐射出来,并保持器件在轧制和拉伸过程中的灵活性。此外,该器件在厚发射层中也表现出强EL下行速率 。通过某种智能设计,只需将纤维嵌入强ML发射的PDMS+ZnS中,即可一块儿获得高EL和力致发光(ML)下行速率 。某种应用将会为要求具有高亮度和灵活性的新兴软显示系统开发提供基础。

图一、(a)装置示意图;(b)光学和SEM图像;(c)电致发光行态;(d)镀银尼龙纤维的光学和SEM图像;(e~g)镀银纱线的SEM和EDS图像;(h)手写诱导力学发光(ML)行态;(i)稳定的电致发光(EL)照片。

首先,作者将16股纺织纤维平行排列,因此将平行纤维嵌入并固定在未固化的PDMS+ZnS混合物中。固化后,PDMS+ZnS复合材料的角度为71000 mm,使其该具有EL和ML的潜力(图1a)。将交流电压交替施加到纤维上,在每组任务管理器之间产生电场(图1b)。通过光学和扫描电镜(SEM)截面图像显示,导电纤维嵌入PDMS+ZnS复合材料的中心,在相邻的纤维束之间产生平面内的交流场。施加交流电压后,在A和B之间产生的平面内交流场激发了ZnS荧光作用,从而产生EL(图1c)。三根11000µm直径的导电纤维由几三根镀银尼龙纱组成,其中尼龙纱线的直径为20µm,镀层角度为1000nm(图1e-g)。作者认为,该器件通过内部管理次机实现发光,如图1h所示,为手写诱导的力学发光行态。此外,该器件具有较高的柔性,当对纤维施加交流电压时,即使在卷曲状况下,才能稳定发光。

图二、(a)f-PDMS+ZnS的ML发射图;(b)S-R下行速率 增加的ML谱;(c)ML下行速率 随时间的变化图。

如图2a所示,当器件所处拉伸状况时,薄膜刚开始英语 发出绿色的光。当S-R下行速率 从1000 cpm增加到10000 cpm时,绿色ML下行速率 增加。从图2b的插图中的国际CIE坐标都需要看出,该器件发出的光为典型的绿色。图2c检测了100000个S-R周期(拉伸:10%,S-R率:40 cpm,积分时间:1000 ms)内,ML下行速率 随时间的变化,都需要看了,器件的发光下行速率 没办法 任何明显的退化。初始阶段的ML下行速率 略有增加,在10000次循环后稳定下来。

图三、(a)发射绿色荧光的f-PDMS+ZnS器件照片;(b)不同频率下的电压-亮度关系;(c-d)f-PDMS+ZnS器件随弯曲周期的增加,电压-亮度和电压-电流的关系;以及不同颜色下f-PDMS+ZnS的(e)电压-亮度数据,(f)EL谱及其相关CIE坐标。

如图3a所示,在平行导电纤维A和B之间施加交流电压,可在纤维之间产生平面电场,使器件发出绿色荧光。图3b为不同频率下的电压-亮度关系:1000Hz、10000 Hz、10000 Hz和10000 Hz。结果表明,将会f-ACEL器件中需要电极来传输光,全都平行电极之间的交流场与传统平面器件相比,频率与亮度值为正向关系。此外,f-PDMS+ZnS经过100000次弯曲循环后,其电压-亮度行为和电压-电流关系都比较稳定,这表示器件在反复变形过程中没办法 所处电气短路。

图四、在(a)10000 V rms和(b)1000 V rms条件下,从f-ACEL中得到EL、ML和EL+ML光谱。

与单应力器件相比,当作者对EL器件施加双应力后,器件总发光下行速率 增加,因此在1000 V下增加的更高,而在10000 V的EL样品中,增加相对较小。此外,作者进一步研究了EL和ML光谱的峰位置。尽管每个行态峰均来自同一样品,但EL(10005 nm)的峰值位置和ML(520 nm)略有不同。

图五、双光纤之间的(a)电场分布和(b)光场分布模拟;样品在(c)无外加电压和(d)有外加电压下的光学截面图像;所示照片的(e)轮廓彩色图像,(h)平面图和(i)斜视图;f-ACEL不同光纤距离埋点射EL图像的照片(j),轮廓图像(k)和线廓(l)。

为定性地了解发射剖面,作者模拟了一4个 多多圆柱形光纤电极的电场分布,如图5a所示。在交流偏压的状况下,三根光纤电极之间形成电场线,电场的磁通密度在相邻金属细胞层附近达到最大值,从而产生不对称的电场分布。图5b为对应的光场(光强)剖面,与电场的光强剖面同类。因此,作者制作了一4个 多多EL器件,并将其切片以观察其截面发光行态(图5c)。在A和B上施加交流电压后,观察到光主本来在圆柱形光纤电极附近产生的(图5d)。这都需要从轮廓彩色图像中得到证实,在纤维细胞层附近显示出最高的光强(图5e)。电场和光场剖面显示出圆柱形,这原困 都需要利用光纤电极的行态来进行器件设计。

图六、控制独立图案发射的EL器件(a)原理图和(b)照片;(c)在紫外线照射下切片样本的光学图像,(d)背景,(e)曲折图形,(f)一块儿发射两幅图像;(g)为切片样品的倾斜视图;(h)EL谱和(i)CIE坐标;(j)f-ACEL的图像。

最好,通过控制纤维的嵌入角度,作者给出了独立发射模式的f-PDMS+ZnS器件(总角度为11000mm)原理图和照片。平行电场使用橙色光发射,而垂直电场将会ZnS(G)的量较大而产生绿光(图6c)。图6d-f为发光器件在A与B、A+B与C、A与B+C之间施加交流电场后的照片(“+”表示短路),都需要看出,平行纤维产生橙色的光,将会光来自于PDMS+ZnS(O);在A+B和C之间施加交流电场时,产生了一4个 多多黄绿色的闪电图形,这是将会A与B之间没办法 电位差,全都没办法 看了呈锯齿状的黄绿色光。在应用A和B+C之间的交流场中,平行电场和垂直电场一块儿产生,产生与图6d和e重叠图像背景同类的图案光发射(图6f)。将会B和C之间形成相同电位没办法 产生电场(图6g),全都没办法 由一半发光点组成的之字形图案。将绿色和橙色的光混合后,图案光的颜色变为黄色,而背景橙色的光的颜色保持不变。

在本研究中,该课题组以导电纤维为电极,演示了都需要在力学作用和施加交流电作用下的发光PDMS+ZnS器件。通过将纤维嵌入平行取向的PDMS+ZnS层中,都需要为EL建立平面内的交流场。该装置通过外理共面行态中的典型问提,在不损失下行速率 的状况下,一块儿发射出持久的ML和EL。特别是电/光场模拟结果表明,该光纤具有作为均匀平面EL光源的潜力。与将会心智心智成长期的句子的句子 的句子期期期期的技术制造的商用显示器相比,该工作制造的器件具有相当大的分辨率和颜色输出。此外,该装置对环境变化(同类水和光)具有很高的耐受性,因此装置行态简单,不必真空外理就能克服交流电源问提。

Seongkyu Song,Bokyung Song,Chang-Hee Cho,Sang Kyoo Lim,Soon Moon Jeong.Textile-fiber-embedded multiluminescent devices:A new approach to soft display systems.Materials Today.2019.DOI:10.1016/j.mattod.2019.08.004

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