復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系、聚合物分子工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、高分子及其先進(jìn)復(fù)合材料協(xié)同創(chuàng)新中心、先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室彭慧勝教授課題組成功實(shí)現(xiàn)了一種新型纖維狀聚合物發(fā)光電化學(xué)池，為可穿戴設(shè)備的應(yīng)用提供了一個(gè)全新的方向。2015年3月23日，部分成果以“A colour-tunable, weavable fibre-shaped polymer light-emitting electrochemical cell”為題發(fā)表在《自然-光子學(xué)》(Nature Photonics)雜志(2014年影響因子為29.96)上。論文第一作者為2014級(jí)轉(zhuǎn)博生張智濤，他在彭慧勝課題組已發(fā)表學(xué)術(shù)論文21篇，其中第一作者(含共同第一作者)有7篇，包括1篇Nature Photonics、2篇Angewandte Chemie International Edition、2篇Advanced Materials、1篇Advanced Energy Materials和1篇Small。
文章得到三位審稿人一致高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為“很多年來，人們一直渴望發(fā)展出可穿戴的發(fā)光纖維但沒有得到”(“For many years, the development of light emitting fibers that can be integrated in textiles”)，將此視為“國際上第一次實(shí)現(xiàn)”(“the first time it is achieved”)，是一項(xiàng)“突破性進(jìn)展”(“breakthoughs”)。
3月17日，Nature出版社發(fā)來賀信。每周二，Nature研究期刊會(huì)對(duì)即將發(fā)表的論文進(jìn)行新聞發(fā)布，其中一些特別重要的工作將作為亮點(diǎn)介紹，這篇論文被Nature出版社以“Photonics:?Step forward for light-emitting textiles”為題進(jìn)行亮點(diǎn)介紹。Nature Photonics同時(shí)還發(fā)表專題評(píng)述(News & Views article)，國際著名科學(xué)家Henk J. Bolink教授認(rèn)為此項(xiàng)研究“對(duì)于滿足可集成織物的發(fā)光纖維是一個(gè)巨大進(jìn)步”(“is a major step forward in the preparation of light-emitting fibres that suit integration with woven fabrics”)。
纖維狀聚合物發(fā)光電化學(xué)池組裝成“FUDAN”標(biāo)識(shí)
近年來，傳統(tǒng)的平面電子器件已經(jīng)難以滿足人們的需求。與此同時(shí)，柔性、輕質(zhì)、可穿戴電子設(shè)備受到了人們密切關(guān)注。目前，可穿戴電子設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于微電子、生物醫(yī)藥、運(yùn)輸和航空航天等多個(gè)領(lǐng)域。隨著可穿戴纖維狀能源器件的不斷發(fā)展，人們對(duì)于纖維狀發(fā)光器件也提出了更高的要求。針對(duì)這一迫切需求，彭慧勝教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過三年多的潛心研究，通過低成本的溶液法在國際上首次實(shí)現(xiàn)了纖維狀聚合物發(fā)光電化學(xué)池。課題組首先在鋼絲上均勻吸附氧化鋅納米粒子和聚合物發(fā)光層，然后在聚合物層外表面均勻纏繞上一層高導(dǎo)電性的取向碳納米管薄膜作為透明電極，即可得到纖維狀聚合物發(fā)光電化學(xué)池。
纖維狀聚合物發(fā)光電化學(xué)池組裝成A，然后可以選擇性地點(diǎn)亮其中任何一部分
傳統(tǒng)的發(fā)光器件主要包括有機(jī)小分子發(fā)光二極管和聚合物發(fā)光二極管。與發(fā)光二極管相比，纖維狀聚合物發(fā)光電化學(xué)池發(fā)光機(jī)理不同，使其具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如較低的操作電壓、較高的電子/光子轉(zhuǎn)換效率和較高的功率效率等。更加重要的是，聚合物發(fā)光電化學(xué)池不需要較低功函數(shù)的材料作為陰極，這些低功函數(shù)的電極材料往往在空氣中不穩(wěn)定。同時(shí)，聚合物發(fā)光電化學(xué)池中的發(fā)光聚合物層可以原位產(chǎn)生PIN結(jié)，有利于電子和空穴從兩極注入發(fā)光。因此，相比有機(jī)發(fā)光二極管，聚合物發(fā)光電化學(xué)池對(duì)電極材料表面的粗糙度要求較低，有利于大規(guī)模生產(chǎn)。目前纖維狀聚合物發(fā)光電化學(xué)池的最高亮度達(dá)到609 cd/m2，其突出特點(diǎn)是可以360度發(fā)光。同時(shí)，通過把不同顏色的發(fā)光聚合物集成到一根纖維上，可以實(shí)現(xiàn)在一根纖維上同時(shí)發(fā)出不同顏色的光。這些發(fā)光纖維顯示出良好的柔性和可編織性能，可以編成柔性的織物和各種圖案。更加有趣的是，通過將不同顏色的纖維組合在一起，通過控制發(fā)光纖維的亮度比，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合光顏色的有效調(diào)控。
纖維狀聚合物發(fā)光電化學(xué)池可以發(fā)出不同顏色的光
這項(xiàng)研究為可穿戴纖維狀發(fā)光器件的發(fā)展指出了一個(gè)富有前景的新方向，未來將進(jìn)一步提高器件性能，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
據(jù)悉，彭慧勝教授課題組主要研究可穿戴纖維狀能源材料與器件，迄今發(fā)表研究論文120多篇，其中50多篇發(fā)表在Nature Nanotechnology、Nature Photonics、Angew Chem Int Ed、J Am Chem Soc、Adv Mater和Phys Rev Lett這6個(gè)國際一流學(xué)術(shù)期刊上。成果2次被Science、5次被Nature、9次被Nature子刊以“研究亮點(diǎn)”等專題報(bào)道，2次被Nature集團(tuán)評(píng)為月度“亞太地區(qū)十大研究亮點(diǎn)”，4次被Angew Chem Int Ed舉行專題新聞發(fā)布。獲得國際國內(nèi)發(fā)明專利52項(xiàng)，其中33項(xiàng)專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)讓。
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