郑州大学在自供能柔性显示器件方面取得进展

　　光致发光(EL)，具有丰富的应用领域，包括医疗信息监测，信息安全通信，和人机接口[。通常，EL器件分为两类:发光二极管(LED)和交流电致发光器件(ACEL)。LED器件，如有机发光二极管、量子点发光二极管和p/n结发光二极管，在低偏置下产生电子和空穴的辐射复合;而对于ACEL器件，通常需要高得多的电场强度才能引起发光中心与高能电子的非弹性碰撞。ACEL器件由于其发光均匀、对比度好、亮度高、工作时间长等优点，在柔性电子领域引起了极大的关注，但不可避免的高驱动电压限制了其在人机交互、人工电子皮肤、人工皮肤、人工皮肤等领域的应用。以及物联网中的智能可穿戴设备。
　　近年来，摩擦电纳米发电机(TENGs)驱动的自供电装置/系统引起了广泛关注。TENG起源于麦克斯韦位移电流，由王中林院士的团队首次发明，它提供了一种合适的策略来获取随机分布或不规则的机械能(如风，雨滴，人体运，海浪，声波，等等)转化为电能。由于TENG固有的高输出电压，便于建立高电场并照亮ACEL器件。因此，自供电ACEL系统可以通过与TENGs集成来实现。然而，更高的亮度和更低的驱动电压对于ACEL设备在物联网可穿戴和自供电通信中的应用也是至关重要的。
　　在本研究工作中， 郑州大学物理学院董林教授和单崇新教授 指导学生 将MXene引入到发射层中，以提高自供电ACEL器件的性能。作为一种由过渡金属和碳化物/氮化物组成的新型二维(2D)材料，MXene具有优异的电化学和热电性能。 特别是MXenes作为填料，显著提高了聚合物基体的介电常数。在该研究工作中，聚合物基体(聚二甲基硅氧烷，PDMS)的相对介电常数显著提高了各种MXene负载。因此，通过在发射层中加载0.25 wt% MXene, ACEL的亮度也提高了500%。采用接触模式TENG，铜作为正电荷集电极，聚四氟乙烯作为负电荷集电极，与ACEL集成，构建自供电ACEL系统。柔性的ACEL-TENG阵列具有高度透明性，将为物联网中的自供电通信提供一个强大的平台。
　　该相关成果以题为＂ Mxene Enhanced Self-Powered Alternating Current Electroluminescence Devices for Patterned Flexible Displays ＂的论文发表在国际知名期刊《  Nano Energy  》上。郑州大学为第一作者单位， 物理学院2017级博士研究生孙俊璐和2019级硕士研究生常瑜为论文第一作者 ，董林教授和单崇新教授为通讯作者。
　　已获得用于图形显示的mxene增强自供电ACEL设备。在PDMS基体中加入0.25 wt%的MXene可使ACEL器件的性能提高500%，同时保持其良好的透明度。通过有限元分析，阐述了其基本强化机理。该ACEL器件由TENG提供动力，用于图形显示和照明，为物联网中的自供电通信提供了一个强大的平台。
　　论文亮点： 1、将TENG与ACEL器件集成，制作了一种本质透明、灵活的自供电ACEL系统。2、通过调节MXene发射层的介电常数，自供电ACEL的性能提高了500%。3、ACEL阵列作为一个自供电的图形显示器，为物联网中的可穿戴通信提供了强大的平台。
　　总之，该研究将本征透明可拉伸的交流电致发光器件（ACEL）阵列与摩擦纳米发电机（TENG）进行集成，实现了自供能的图案化显示；该工作通过在发射层聚合物基质中引入MXene提高相对介电常数，进而增强局域电场强度，在优化条件下，在发射层的聚合物基体中填充0.25 wt%的MXene可以使其发射强度提高500%。为其在柔性电子器件领域的应用奠定了基础。这种自供电模式ACEL显示器在人类医疗保健监测、信息安全通信和物联网人机界面的应用方面具有相当大的潜力。
　　该工作得到了国家自然科学基金、河南省高层次人才特殊支持计划以及郑州大学物理学科推进计划等项目的支持。
　　文献链接：
　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521003347