@ 2015.03.24 , 13:15
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可穿戴电子设备还能发光

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最近上海复旦大学的研究人员研制了一种超薄的发光纤维,这种发光纤维能够制作成发光的衣服和其他和穿戴电子产品。

有机发光二极管(OLEDs)广泛的应用于手机显示屏和电视机中,该材料能够提供色谱更广,更明亮的光源;同时能够用于平面、曲面,甚至是弹性材料表面。但是,把OLEDs融入大纤维中十分困难,这需要使阴极能够在较低能量时,就能使材料表面电子完全撤离。这种低逸出功材料(包括钙、镁)对空气很敏感,这使得它们的在任何材料中使用,包括纤维,都有一个问题。

为此,复旦大学的聚合物分子工程国家重点实验室的张教授和他的同事共同研制了聚合物发光电化学电池(PLECs)设备。与OLED相似,PLECs通常由两个金属电极与电激发光的有机半导体相连,但是PLECs在发光层中加入了一些盐类(不是吃的盐,是酸碱盐的盐)。这样能够使PLECs在不需要低逸出功材料制作的阴极时,提高电子到光子的转化率,还能获得比OLEDs更高的功率。

现在,他们通过在极细的钢丝表面制作纳米颗粒氧化锌,电激发光聚合物,以及高度透明的碳纳米外层,开发出直径约为1毫米左右的纤维状PLEC。这些纤维能够缠绕在一起,编织成轻便、灵活、耐磨的服装。详细的研究成果发表在2月18日的《Nature Photonics》。

通过给纤维的内层金属丝和外层碳纳米外包之间施加几伏的电压,纤维表面能够发出蓝色或黄色的光,能发出其他颜色光的纤维将在不就得将来被开发出来。通过基础的氧化锌纳米颗粒和电激发光聚合物解决方案,研究者认为该技术已经具备了大规模实际应用的可能性。这种纤维能够用于发光衣物的制作,这是只能纤维的实现雏形。

PLECs的缺陷在于,它的发光效果随时间衰减,这些明亮的纤维会在制作完成后的4小时左右,亮度下降一半。而来自西班牙巴伦西亚大学的Enrique Ortí 和 Henk Bolink电子研究学者指出,现在已经有能够持续发光几千小时的PLECs,这也说明PLECs在未来的某天能够做到持续发光。
(虽然国产目前还有点渣,但是必须支持。我等屌丝也会有逆袭之日!)

本文译自 IEEE Spectrum,由译者 邻家乖蜀黍 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


# 2015/3/26:复旦新闻中心发来宣传稿,下为更新稿件:

可穿戴电子设备还能发光

复旦大学彭慧胜课题组发明纤维状聚合物发光电化学池
成果刊于《自然·光子学》杂志

复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室、高分子及其先进复合材料协同创新中心、先进材料实验室彭慧胜教授课题组成功实现了一种新型纤维状聚合物发光电化学池,为可穿戴设备的应用提供了一个全新的方向。2015年3月23日,部分成果以“A colour-tunable, weavable fibre-shaped polymer light-emitting electrochemical cell”为题发表在《自然·光子学》(Nature Photonics)杂志(2014年影响因子为29.96)上。论文第一作者为2014级转博生张智涛,他在彭慧胜课题组已发表学术论文21篇,其中第一作者(含共同第一作者)有7篇,包括1篇Nature Photonics、2篇Angewandte Chemie International Edition、2篇Advanced Materials、1篇Advanced Energy Materials和1篇Small。

文章得到三位审稿人一致高度评价,认为“很多年来,人们一直渴望发展出可穿戴的发光纤维但没有得到”(“For many years, the development of light emitting fibers that can be integrated in textiles”),将此视为“国际上第一次实现”(“the first time it is achieved”),是一项“突破性进展”(“breakthoughs”)。

3月17日,Nature出版社发来贺信。每周二,Nature研究期刊会对即将发表的论文进行新闻发布,其中一些特别重要的工作将作为亮点介绍,这篇论文被Nature出版社以“Photonics: Step forward for light-emitting textiles”为题进行亮点介绍。Nature Photonics同时还发表专题评述(News & Views article),国际著名科学家Henk J. Bolink教授认为此项研究“对于满足可集成织物的发光纤维是一个巨大进步”(“is a major step forward in the preparation of light-emitting fibres that suit integration with woven fabrics”)。

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纤维状聚合物发光电化学池组装成“FUDAN”标识

近年来,传统的平面电子器件已经难以满足人们的需求。与此同时,柔性、轻质、可穿戴电子设备受到了人们密切关注。目前,可穿戴电子设备已经广泛应用于微电子、生物医药、运输和航空航天等多个领域。随着可穿戴纤维状能源器件的不断发展,人们对于纤维状发光器件也提出了更高的要求。针对这一迫切需求,彭慧胜教授团队经过三年多的潜心研究,通过低成本的溶液法在国际上首次实现了纤维状聚合物发光电化学池。课题组首先在钢丝上均匀吸附氧化锌纳米粒子和聚合物发光层,然后在聚合物层外表面均匀缠绕上一层高导电性的取向碳纳米管薄膜作为透明电极,即可得到纤维状聚合物发光电化学池。

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纤维状聚合物发光电化学池组装成A,然后可以选择性地点亮其中任何一部分

传统的发光器件主要包括有机小分子发光二极管和聚合物发光二极管。与发光二极管相比,纤维状聚合物发光电化学池发光机理不同,使其具有一些独特的优点,如较低的操作电压、较高的电子/光子转换效率和较高的功率效率等。更加重要的是,聚合物发光电化学池不需要较低功函数的材料作为阴极,这些低功函数的电极材料往往在空气中不稳定。同时,聚合物发光电化学池中的发光聚合物层可以原位产生PIN结,有利于电子和空穴从两极注入发光。因此,相比有机发光二极管,聚合物发光电化学池对电极材料表面的粗糙度要求较低,有利于大规模生产。目前纤维状聚合物发光电化学池的最高亮度达到609 cd/m2,其突出特点是可以360度发光。同时,通过把不同颜色的发光聚合物集成到一根纤维上,可以实现在一根纤维上同时发出不同颜色的光。这些发光纤维显示出良好的柔性和可编织性能,可以编成柔性的织物和各种图案。更加有趣的是,通过将不同颜色的纤维组合在一起,通过控制发光纤维的亮度比,可以实现复合光颜色的有效调控。

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纤维状聚合物发光电化学池可以发出不同颜色的光

这项研究为可穿戴纤维状发光器件的发展指出了一个富有前景的新方向,未来将进一步提高器件性能,并实现连续生产,为大规模工业化生产奠定基础。

据悉,彭慧胜教授课题组主要研究可穿戴纤维状能源材料与器件,迄今发表研究论文120多篇,其中50多篇发表在Nature Nanotechnology、Nature Photonics、Angew Chem Int Ed、J Am Chem Soc、Adv Mater和Phys Rev Lett这6个国际一流学术期刊上。成果2次被Science、5次被Nature、9次被Nature子刊以“研究亮点”等专题报道,2次被Nature集团评为月度“亚太地区十大研究亮点”,4次被Angew Chem Int Ed举行专题新闻发布。获得国际国内发明专利52项,其中33项专利技术实现了转让。

Z. T. Zhang, K. P. Guo, Y. M. Li, X. Y. Li, G. Z. Guan, H. P. Li, Y. F. Luo, F. Y. Zhao, Q. Zhang, B. Wei, Q. B. Pei, H. S. Peng*, “A colour-tunable, weaveable fibre-shaped polymer light-emitting electrochemical cell”, Nature Photonics, DOI: 10.1038/nphoton.2015.37 (2015).

论文链接:www.nature.com/nphoton/research/index.html


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TOTAL COMMENTS: 15+1

  1. ayaoayaoaya
    @3 years ago
    2731729

    犯罪嫌疑人穿的是一件亮红色的。。不对,是蓝色,不。。。现在是绿色的衣服

    [86] XX [0] 回复 [0]
  2. 2731730

    我有预感以后大街上的不只有红头发和铁项链,还有…

    [20] XX [0] 回复 [0]
  3. 姑娘请自重
    @3 years ago
    2731764

    如果停电了会不会变成透明?

    [33] XX [0] 回复 [0]
  4. 小飞
    @3 years ago
    2731789

    想起三体了

    [1] XX [10] 回复 [0]
  5. 2731796

    没救了 看到标题第一感觉就是这玩意首先绝对跟sex有关

  6. 2731808

    prof zhang and his team…

  7. 2731822

    估计lady gaga先穿上

  8. forvord
    @3 years ago
    2731848

    持续发光,关不掉!

  9. 2731911

    一年后,这种材料生产技术以及专利被杜蕾斯收购.

    [10] XX [0] 回复 [0]
  10. 2731961

    要是能大规模生产就好了,降低成本,搞一件穿穿

  11. Browncoat
    @3 years ago
    2732134

    刚看完那个圆形鸡蛋的,瞬间想到:负蛋大学

    不要喷我 (ー ー;)

  12. 向上击打
    @3 years ago
    2732236

    近距离发动被动技能:闪瞎全场

  13. rusiora
    @3 years ago
    2732509

    梦幻之星的NPC衣服

  14. 有点幽默
    @3 years ago
    2733178

    超级迷彩服诶

  15. 2734474

    完全写错了好吗

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