2022年3月23日，斯坦福大學鮑哲南團隊在《Nature》 在線發表題為“High-brightness all-polymer stretchable LED with charge-trapping dilution”的研究論文，該研究報告了一種材料設計策略和制造工藝，以實現可拉伸的全聚合物發光二極管并具有高亮度（每平方米約 7,450 坎德拉）、高電流效率（每安培約 5.3 坎德拉）和高度可拉伸性（約 100% 應變）。

 

該研究制造了紅色、綠色和藍色的可拉伸全聚合物發光二極管，實現了皮膚上的無線供電和脈沖信號的實時顯示。這項工作標志著高性能可拉伸顯示器取得了重大的進步。
 

實時顯示信息對于交互式人機界面至關重要。除了用作視覺讀數外，有機發光二極管還用作柔性和可彎曲顯示器的關鍵部件。 它們被用于許多領域，例如光學神經刺激（例如，光遺傳學）、治療（例如，治療新生兒黃疸）和成像（例如，超聲斷層掃描）。最近，在用于持續監測活動、健康以及疾病早期發作的類皮膚傳感器方面取得了很大進展。 盡管柔性顯示器盛行，但具有可重復拉伸性和低剛度的可拉伸顯示器仍然缺乏。

 

為了將剛性顯示器轉化為可拉伸結構，已經報道了幾種策略， 包括在彈性聚合物基質中嵌入剛性納米結構的納米復合材料或應變工程 。然而，這些演示必須犧牲設備性能、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， 考慮到其低驅動電壓、高亮度、快速響應時間、長期穩定性和基于解決方案的處理，全聚合物發光二極管 (APLED) 將成為皮膚顯示器的理想平臺。
 

適用于可穿戴應用的具有不同顏色的內在可拉伸、低模量和高性能 APLED 和 APLED 陣列（圖源自Nature ）

 

然而，由于多種原因，尚未實現本質上可拉伸的 APLED。首先， 大多數共軛聚合物很脆 ，即使在小于 25% 的小應變下也會產生大裂紋，導致電子性能顯著降低。其次， 發光共軛聚合物通常表現出強烈的電荷俘獲效應 ，這會嚴重降低電子和空穴電流密度，并且還可能導致非輻射復合。第三， 陽極和陰極所需的可拉伸導電聚合物的電導率太低 ，無法提供高亮度所需的高驅動電流。第四， 半導體活性材料和導電聚合物電極之間可能存在能級錯位 ，導致電荷注入受阻和驅動電壓高。

 

在這項工作中，使用具有納米限制發光聚合物結構的發光層解決了上述問題， 該結構由軟彈性體的自發相分離形成 。這種策略使研究人員能夠同時實現增強的拉伸性和電荷傳輸。此外，可拉伸發光層與透明的可拉伸和高導電聚合物電極相結合，并對陽極和陰極進行了適當的界面修飾， 從而實現了亮度高達約 7,450?cd?m?2 和可拉伸性約為100% 應變，總模量約為 1?MPa。

 

參考消息：

 

www.nature.com/articles/s41586-022-04400-1、Retraction