近年来，电致发光(EL)器件由于其低功耗、制备简单、高耐久性、均匀的光发射等优点受到了研究者们的广泛关注，并且在生物医学、航空航天、显示和信息通信等领域展现了巨大的潜力。然而，构建能够在严寒条件下具有长期稳定性的可穿戴电致发光器件仍然具有很大的挑战性。
图1.（a）可穿戴的自驱动EL系统的原理图；（b）基于液体电解质的LE-TENG原理图；（c）OH-EL器件的原理图；（d）OH-EL器件的实物图；（e）发光层的SEM图像；（f）OH-EL器件发光强度随ZnS:Cu/PVDF-HFP质量比的变化图；（g）OH-EL器件发光强度随发光层厚度的变化图；（h）不同电压、不同频率下OH-EL器件发光强度变化图。
近期，河南大学光伏材料省重点实验室王新教授团队提出了一种可穿戴和耐低温的自驱动电致发光系统，实现了在低温下长期稳定的显示。自驱动电致发光系统由基于有机水凝胶（NaCl/明胶）的柔性电致发光器件与摩擦纳米发电机构建而成。基于自修复、耐低温、可拉伸有机水凝胶构建的电致发光（OH-EL）器件能够直接被液态电解质（KI/甘油）的单电极摩擦纳米发电机点亮（LE-TENG）。自驱动电致发光系统的发光强度与发光层中ZnS:Cu荧光粉含量、发光层厚度、以及TENG提供的驱动电压和频率相关。当ZnS:Cu/PVDF-HFP质量比为1.2、发光层的厚度为110 µm时，实现了OH-EL器件的最优化电致发光性能。同时，TENG提供的驱动电压和频率对OH-EL器件的发光强度也具有重要的影响，随着频率和电压的增加，OH-EL器件的发光强度逐渐增强。为了展示OH-EL器件的机械形变性能，分别测试了在不同形变情况下的发光情况，结果表明在弯曲、扭转和拉伸（140%）的状态下均能保持稳定的发光，如图2a-c所示。另一方面，为了验证电致发光系统在低温下的发光性能，检测了不同温度（298 K-253 K）下器件发光强度，并无明显变化，如图2d所示。同时为了探究电致发光系统的长期耐低温性能，将其放置在253 K环境中六个月，仍能保持明亮的光发射，如图2e所示。此外，该系统可穿戴在人体的不同部位，通过LE-TENG收集人体机械能（如手拍、胳膊弯曲和腿部弯曲）并转换为电能驱动电致发光器件，实现实时的可视化显示，如图2f所示。因此，基于OH-EL器件和LE-TENG的自驱动电致发光系统为长期耐低温显示提供了一种简单有效的方法。该工作以“Wearable, freezing-tolerant, and self-powered electroluminescence system for long-term cold-resistant displays”为题发表在（Nano Energy. 2022,107309）上。文章的第一作者是河南大学硕士研究生朱燕，通讯作者是王新教授。该研究得到国家自然科学基金委的支持。
该工作是团队近期有关自驱动电致发光器件光学性质研究的最新进展之一。利用摩擦纳米发电机（TENG）的工作原理，课题组发展了一系列基于摩擦发电的自驱动传感器和能源收集器件。电极材料是TENG的重要组成部分，团队开发了基于KI溶于甘油的电介质的工作电极，构建了具有可拉伸和形状自适应的TENG，并且该器件具有超过1年的长期稳定性，利用该器件能够实现人机交互（Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2007221.）；为了适用恶劣环境收集机械能的需要，团队发展了基于导电、可拉伸和耐冻有机水凝胶（1.6 S/m）为电极的应力传感器和TENG，并实现了抗冻性的TENG （Nano Energy, 2022, 95, 106967.）；另外，基于激光诱导石墨烯（LIG）阵列电极的自驱动传感器件及其触觉成像研究，实现了多点触觉、滑动触觉和轨迹追踪的功能及其实时成像功能 (Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2100709)；此外，利用激发直写技术制备了图案化的激光诱导铜电极（LIC），并且基于LIC构建高输出性能的TENG，以及LIC-TENG驱动的图案化的二维码发光成像，实现智能手机直接读取光学信息的人机交互（Nano Energy, 2022, 97, 107116.）；同时开发了一种高亮度、高分辨率的柔性摩擦起电诱导电致发光皮肤（TIEL-skin），能够显示空间分辨率为220 µm的指纹成像，实现了实时成像和人机信息交互（Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2201292）；以及其他相关工作（Nano Energy, 2020, 73, 104843；Nanoscale, 2021, 13, 18363）。
相关进展
河南大学王新教授团队AFM：一种高亮度、高分辨率的柔性摩擦起电诱导电致发光皮肤用于实时成像和人机信息交互
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