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深圳研究生院在新型平面型OLED电致发光器件研究中取得重要突破
日期: 2017-11-15  信息来源: 深圳研究生院

电致发光现象自发现以来,就被人们广泛研究,包括OLED器件。自从1987年OLED器件被邓青云博士报道以来,所有研究工作均是基于三明治夹心结构来制备的,即在上下两层电极间夹着发光层和其它功能层,其中一个电极必须为透明电极。传统的器件结构一方面限制了电极材料的选择范围,同时也极大地限制了器件的制备方法与工艺。随着柔性、可穿戴时代的来临,显示与照明器件也迎来了印刷与3D打印制备工艺方面的挑战。传统三明治夹心器件结构是否只能一成不变,改变传统结构器件能否正常工作,是否具有新现象、新功能、新应用呢?

北京大学深圳研究生院新材料学院有机光电材料器件课题组孟鸿教授团队就这一问题进行了大胆尝试与探究。该团队提出了共平面电极结构——将需要施加交流电的两个电极置于同一层,再在平面电极上方覆盖上介电层和发光层,创造出一种全新型电致发光器件。

这种器件结构不仅应用在无机电致变色领域,同时非常适用于印刷型OLED制备技术,也赋予了器件可交互性能,既可以作为高性能显示以及照明设备,同时还可以作为可交互器件。目前该团队已进一步成功制备了平面型OLED器件,验证了这一成果在OLED领域的可行性,相关成果正在发表中,这种器件结构的设计及制备将为OLED领域带来新革命。

(a)传统三明治结构器件;(b)新型共平面电极结构器件;(c)将水倒于新型器件上,立即发光;(d)用铅笔在器件上作画。

研究人员还对以不同溶剂作为调制材料的器件进行了研究,发现非极性材料并不会使器件工作。对此,研究人员深入研究了其中的工作机理。该团队利用这一特性,水的部分发光,而油由于是非极性并不发光,由此展示水油混合物在器件表面水泼画的效果。为了研究该器件结构的工作原理,在施加交流电场的情况下,研究者将器件从中间拆分成两个半器件,即每个半器件只含一个电极,将其置于盛满去离子水的烧杯中,以不导电的水凝胶作为“极性桥”将两部分连通时,器件即刻发光。

(a)两个独立的半个器件;(b)不导电去离子饱和的水凝胶;(c)水凝胶作为“极性桥”使两个半器件工作发光;(d)印制有新型器件的伞,伞被雨水打湿,伞印制有器件的部分即发光;(e)手与器件接触的部分发光

此外,这种具有新型结构的器件在传感与交互显示领域也有着非常广泛的应用,包括雨滴传感器、远程光学监测器以及接触交互传感发光器件等。可将该器件直接制作在雨伞的伞布上,作为雨滴传感器,在下雨天自主发光。其制作过程很容易实现,因为器件采用的是商业可打印油墨,可通过丝网印刷等工艺印制在各式各样的基底上。当前市面上的雨滴感应器大多基于机械响应、阻力变化或者光学传感器感应的反射光扰动。而这种雨滴传感器将直接产生明暗的突变。还可将其作为远程光学监测器,用以对器件表面的材料进行远程鉴别。如器件发光,那表面的材料一定是极性材料或导电材料。再如,水是否存在,是否部分或者完全凝结成冰,也可以被远程探测到,水凝结成冰后,发光亮度会有明显降低。这一成果有望将来用到飞机外表面用来作为其外表面结冰程度的监测,防止飞机在飞行中由于外表面结冰导致飞行故障及飞行事故。也可将其作为接触传感器,用手触摸器件,当手和器件接触时会发光。

该工作发表在近期的国际材料领域的顶级期刊Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.201703552, 影响因子为19.79)。该工作在孟鸿教授指导下,由助理研究员徐秀茹、硕士研究生胡丹、闫丽佳博士等合作完成。该工作的主要合作者还有林原教授、西北工业大学的黄维院士、美国普林斯顿大学Yueh-Lin Loo教授,以及美国工程院院士、德克萨斯大学达拉斯分校教授Ray H. Baughman。该项工作得到了广东省领军人才以及自然科学基金、深圳市孔雀团队项目、国家自然科学基金以及深圳-以色列国际合作项目的支持。

编辑:江南


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