本發(fā)明屬于柔性可穿戴電子器件，具體涉及一種柔性可拉伸交流電致發(fā)光器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著人類進(jìn)入信息時代，人們對可穿戴電子產(chǎn)品的舒適性、多功能性和審美價值的要求越來越高，而傳統(tǒng)的可穿戴電子產(chǎn)品缺乏靈活性、柔軟性和透氣性，并不適合長期使用。相比之下，柔性可穿戴顯示器更符合人體動態(tài)曲線，擁有更廣闊的應(yīng)用前景，成為了當(dāng)前研究的一大熱點。電致發(fā)光紡織品是可穿戴電子產(chǎn)品中的重要組成部分之一，具有巨大的研究價值和使用價值。它是將發(fā)光器件與纖維或紡織品相結(jié)合，通過外接控制器或者利用外界環(huán)境刺激對光強(qiáng)、顏色等進(jìn)行調(diào)控，可應(yīng)用于人機(jī)交互、健康醫(yī)療和室內(nèi)設(shè)計等領(lǐng)域。

2、在電致發(fā)光紡織品中，交流電致發(fā)光器件(acel)成為當(dāng)下研究熱點之一。柔性/可拉伸交流電致發(fā)光(acel)器件具有柔韌性好、機(jī)械強(qiáng)度高和機(jī)械穩(wěn)定性高的特點，是未來可穿戴集成器件系統(tǒng)中必不可少的組成部分，有著巨大的使用價值和商業(yè)前景，引起眾多科研工作者的興趣。可拉伸交流電致發(fā)光器件是指在彎曲、扭轉(zhuǎn)、折疊等外界作用力下依然具有正常發(fā)光顯示或傳感功能的器件。相比于傳統(tǒng)顯示器件，具有輕薄、質(zhì)軟、功能穩(wěn)定、制作工藝簡單、易大面積擴(kuò)展等優(yōu)點，是柔性電子顯示器件具備穩(wěn)定的視覺信息顯示和高性能照明功能的關(guān)鍵，在可拉伸光源/顯示器、軟體機(jī)器人、人造電子皮膚等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。

3、近年來，靜電紡絲技術(shù)以其制備的比表面積大、孔隙率大、機(jī)械柔韌性好、制備方法簡單高效的電紡膜得到了廣泛的應(yīng)用。大多數(shù)聚合物材料都可以電紡成納米纖維，其中包括金屬、碳材料和陶瓷納米顆粒在內(nèi)的各種其他形式的材料也可以與合適的聚合物復(fù)合電紡。在光電子學(xué)領(lǐng)域，電紡已經(jīng)被用于透明電極、功能發(fā)光層和提供光學(xué)和機(jī)械性能的介質(zhì)層。然而，只有很少的工作涉及利用靜電紡絲法將acel器件的基底與發(fā)光層合二為一。此外，納米纖維結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)整體設(shè)備的機(jī)械靈活性，可以在可穿戴電子設(shè)備和大面積顯示應(yīng)用方面開辟新的前景。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種柔性可拉伸交流電致發(fā)光器件，該器件兼具柔性和可穿戴顯示功能的同時還具有優(yōu)異的拉伸性能。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

3、一種柔性可拉伸交流電致發(fā)光器件的制備方法，所述電致發(fā)光器件自下而上依次包括底電極、發(fā)光層、銀納米線頂電極和將底電極、發(fā)光層、銀納米線頂電極封裝的pdms封裝層，該方法包括如下步驟：

4、s1靜電紡絲制備發(fā)光層纖維膜：將彈性聚合物溶解于適量有機(jī)溶劑中，加入發(fā)光粉和鈦酸鋇，攪拌均勻后得到紡絲液，采用所述紡絲液靜電紡絲得到厚度為100-200μm的纖維膜，該纖維膜作為所述器件的發(fā)光層；

5、以紡絲液的總重量為100％計，紡絲液中鈦酸鋇納米顆粒的含量為5％-7％，發(fā)光粉的含量為15％-35％，聚合物的含量為15-20％，余量為有機(jī)溶劑；

6、s2掩膜的制作：在電腦上設(shè)計發(fā)光圖案，通過刻字機(jī)切割得到用于涂覆和噴印液態(tài)金屬底電極的掩膜；

7、s3圖案化液態(tài)金屬底電極的制備：將掩膜貼在s1制得的發(fā)光層上，在掩膜未遮蓋的發(fā)光層表面涂覆液態(tài)金屬，形成圖案化的液態(tài)金屬底電極；

8、s4噴印銀納米線頂電極：在s1制得的發(fā)光層未涂敷液態(tài)金屬的一面上均勻噴涂銀納米線分散液，室溫晾干，形成透明的頂電極；

9、s5器件封裝：使用透明pdms溶液均勻噴涂在器件頂部、底部進(jìn)行封裝，得到柔性可拉伸交流電致發(fā)光(acel)器件。

10、本發(fā)明利用靜電紡絲技術(shù)將彈性聚合物與功能性納米顆粒(發(fā)光粉如zns:cu和batio3)復(fù)合制得的彈性納米纖維膜，將acel器件的基底與發(fā)光層合二為一，與傳統(tǒng)acel器件相比，大幅降低了器件厚度并賦予器件良好的拉伸性能。本發(fā)明方法制備工藝簡單，易于實現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)，所制備發(fā)光器件具有良好的拉伸性、可水洗、可彎曲、可折疊性能，更能貼合動態(tài)拉伸下人體曲線的變化。

11、作為優(yōu)選，以紡絲液的總重量為100％計，紡絲液中鈦酸鋇納米顆粒的含量為5％-7％，發(fā)光粉的含量為21.7％-32％，聚合物的含量為15-20％，余量為有機(jī)溶劑；最佳選擇是發(fā)光粉的含量為21.7％-27％。鈦酸鋇納米顆粒的含量選擇為5％-7％，是因為鈦酸鋇含量降低會導(dǎo)致發(fā)光層的介電性能降低，鈦酸鋇含量過多會導(dǎo)致紡絲液團(tuán)聚。

12、作為優(yōu)選，s1中，靜電紡絲的條件為：紡絲推進(jìn)速度為1.5ml/h，針尖至接收輥距離為10cm，紡絲電壓為8-12kv。

13、作為優(yōu)選，s1中，彈性聚合物選自聚氨酯(tpu)、苯乙烯(sbs)、聚二甲基硅氧烷(pdms)或聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)中的一種或幾種；

14、發(fā)光粉選自金屬硫化物型發(fā)光粉zns、cas、srs、caga2s4、srga2s4、(zn、cd)s：cu中的一種。

15、作為優(yōu)選，s1中，有機(jī)溶劑選自n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、四氫呋喃(thf)中的一種或兩種的混合，優(yōu)選的是有機(jī)溶劑是n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和四氫呋喃(thf)質(zhì)量比為1：1的混合。

16、作為優(yōu)選，s2中，所述掩膜為無底膠的紙板，不會對所紡tpu復(fù)合納米纖維膜產(chǎn)生破壞。

17、作為優(yōu)選，s3中，所述液態(tài)金屬為鎵銦合金、鎵錫合金、鎵銦錫合金、鎵鋅合金、鎵銣合金或鎵銫合金中的一種或幾種。

18、作為優(yōu)選，s1中，發(fā)光層厚度為160μm±10μm。

19、一種根據(jù)本發(fā)明所述的制備方法制得的柔性可拉伸交流電致發(fā)光(acel)器件。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

21、1.與其他材料和方法相比，通過靜電紡絲法制備的tpu納米纖維膜具有較好的拉伸性，為器件賦予了彈性基底，這有助于貼合穿戴者的動態(tài)人體曲線變化，尤其是在可穿戴設(shè)備和電子皮膚等應(yīng)用中。相比于通過溶液固化工藝制得的acel器件，本發(fā)明制備acel器件無需光熱等條件進(jìn)行引發(fā)。

22、2.本發(fā)明制備了一種無基底的acel器件，器件整體厚度小于200μm，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在保證器件能穩(wěn)定工作的情況下大大降低了器件厚度，擴(kuò)大了acel器件的應(yīng)用范圍。

23、3.本發(fā)明制備的acel器件具有良好的穩(wěn)定性。器件在雙85測試(85℃溫度和85％濕度)下仍能穩(wěn)定發(fā)光，既保留了納米纖維膜高比表面積的優(yōu)勢(即增大了底電極和頂電極在發(fā)光層表面的接觸面積)，又克服了其引起的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性；在拉伸應(yīng)變30％以下、循環(huán)拉伸800次仍能穩(wěn)定工作，亮度下降到初始值的86.2％，驗證了acel器件良好的機(jī)械穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種柔性可拉伸交流電致發(fā)光器件的制備方法，其特征在于所述電致發(fā)光器件自下而上依次包括底電極、發(fā)光層、銀納米線頂電極和將底電極、發(fā)光層、銀納米線頂電極封裝的pdms封裝層，該方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：s1中，靜電紡絲的條件為：紡絲推進(jìn)速度為1.5?ml/h，針尖至接收輥距離為10?cm，紡絲電壓為8-12?kv。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：s1中，彈性聚合物選自聚氨酯(tpu)、苯乙烯(sbs)、聚二甲基硅氧烷(pdms)或聚偏二氟乙烯-六氟丙烯（pvdf-hfp）中的一種或幾種；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：s1中，有機(jī)溶劑選自n,n-二甲基甲酰胺（dmf）、四氫呋喃（thf）中的一種或兩種的混合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：s2中，所述掩膜為無底膠的紙板。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：s3中，所述液態(tài)金屬為鎵銦合金、鎵錫合金、鎵銦錫合金、鎵鋅合金、鎵銣合金或鎵銫合金中的一種或幾種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：s1中，以紡絲液的總重量為100%計，紡絲液中鈦酸鋇納米顆粒的含量為5%-7%，發(fā)光粉的含量為21.7%-32%，聚合物的含量為15-20%，余量為有機(jī)溶劑。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：s1的紡絲液中，發(fā)光粉的含量為21.7%-27%。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：s1中，發(fā)光層厚度為160μm±10μm。

10.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法制得的柔性可拉伸交流電致發(fā)光(acel)器件。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于柔性可穿戴電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種柔性可拉伸交流電致發(fā)光器件及其制備方法。所述制備方法包括如下步驟：首先用靜電紡絲的方法制作發(fā)光層，然后在發(fā)光層的一面涂覆液態(tài)金屬，根據(jù)需要形成圖案化的液態(tài)金屬底電極，緊接著在發(fā)光層的另一面噴涂銀納米線頂電極，最后使用透明PDMS進(jìn)行封裝，完成柔性可穿戴電致發(fā)光器件在織物上的制作。靜電紡絲工藝的簡便性以及對發(fā)光層紡絲液的優(yōu)化保證了器件具有傳統(tǒng)柔性功能的同時還具有穩(wěn)定拉伸性能。本發(fā)明省略了ACEL器件的基底，保證器件在拉伸情況下穩(wěn)定工作的同時還大大減小了器件整體厚度，節(jié)約材料。

技術(shù)研發(fā)人員：胡毅,邢佳麗,龔盈珍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6