柔性電致發(fā)光器件在仿生電子器件、智能可穿戴設備以及人機交互等領域有著巨大的應用前景。但是，實時調控電致發(fā)光器件的顏色目前尚未報道。近日，為實現(xiàn)這一目標，復旦大學彭慧勝-孫雪梅團隊團隊利用介電常數(shù)差異，實現(xiàn)了對于電致發(fā)光器件的實時調控，可以實現(xiàn)黃光、綠光、白光和藍光之間的即時切換，為可穿戴電子設備、智能機器人以及人機交互技術的發(fā)展提供了新的方向。該研究以題為“Flexible Color-Tunable Electroluminescent Devices by Designing Dielectric-Distinguishing Double-Stacked Emissive Layers”發(fā)表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上，孫雪梅副教授和彭慧勝教授為論文的共同通訊作者。
【電致發(fā)光器件的結構】
首先，作者利用了旋涂方法制備了如圖1所示的電致發(fā)光器件。其中，藍光發(fā)射層由Cu摻雜的ZnS（ZnS：Cu）與氰基樹脂（CR）組成，黃光發(fā)射層由Mn摻雜的ZnS（ZnS：Mn）與SBS樹脂組成。在電場強度從1 V/μm增加到5 V/μm的過程中，器件能夠發(fā)生了從黃光到白光再到藍光的轉變。
【器件的工作原理】
隨后，作者分別測試了單層發(fā)光層在施加電壓下的發(fā)光行為，如圖2a。結果表明，ZnS：Cu和ZnS：Mn的發(fā)光峰值分別對應458（藍光）和586（黃光） nm。由于Mn2+能夠限制空穴的移動，黃光的強度要弱于藍光。將ZnS：Cu和ZnS：Mn 以1:1比例共混后測試的發(fā)光強度也與單層結果較為一致，且發(fā)光強度隨著電場強度變大而提升。從對應的CIE坐標圖中可以看出，以上單層和共混的發(fā)光層無法調控發(fā)光顏色。根據(jù)介電理論，在外加電場下，介電常數(shù)高的部分承受的電場要低于介電常數(shù)低的部分。因此，在雙層電致發(fā)光器件中的電場分布存在這樣的大小關系：藍光發(fā)射層<外加電場<黃光發(fā)射層。在電場較低的情況下，藍光發(fā)射層不能激發(fā)出藍光，器件只能發(fā)射黃光。隨著電場升高，藍光被激發(fā)，器件發(fā)射白光。繼續(xù)提高電場，藍光的強度高于黃光，器件發(fā)射藍光。
【器件發(fā)光的調制機理】
隨后，作者將藍色發(fā)光層的基體分別換為介電常數(shù)不同的PVDF-HFP、PU和SBS三種對器件的發(fā)光性能進行表征。其中PVDF-HFP和PU對應的器件在低電場下無法發(fā)射黃光，這是由于二者的介電常數(shù)要低于CR，藍光發(fā)射強度比黃光高導致的。而SBS對應的器件其藍光與黃光強度比一直保持在3左右，這也與之前共混的器件性能較為一致。隨后，作者將電場的頻率變?yōu)?0 Hz后，發(fā)現(xiàn)器件的發(fā)光在黃光和綠光之間切換。這也說明通過控制頻率和雙層介電常數(shù)差異，可以控制電致發(fā)光器件在黃光、白光、綠光和藍光之間實時切換。
【器件的循環(huán)穩(wěn)定性以及應用展示】
此外，作者還探究了該器件經(jīng)過彎折循環(huán)后，在不同電場下的發(fā)光穩(wěn)定性?？梢钥闯?，在經(jīng)過彎折1000次后，該器件仍然表現(xiàn)出了較好的穩(wěn)定性，發(fā)光強度均保持在97%以上。隨后，作者利用層層溶膠澆鑄法制備了尺寸為3 cm × 3 cm的電致發(fā)光“變色龍”。在彎折條件下，通過改變電場強度，能夠實時調控器件的發(fā)光顏色。
【總結】
作者設計了具有不同介電常數(shù)的雙層柔性電致發(fā)光器件。通過調控電場強度以及頻率，實現(xiàn)了黃光、綠光、白光和藍光之間的即時切換，并展示出了良好的抗彎折能力。該研究結果為可穿戴電子設備、智能機器人以及人機交互技術的發(fā)展提供了新的機遇。
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