电子产品的里程碑式突破——Nature：基于电荷捕获稀释的可穿戴式LED显示器

       如今，可植入或可穿戴式电子产品通常由硅基无机半导体制成，这种材料表现为本征刚性，因此，无法很好地附着在皮肤等生理组织上。下一代设备的开发面临着保持性能的同时，增加机械灵活性、提升接触体验、减少不适感的巨大挑战。

图1 新型可伸缩型发光薄膜样品表达出斯坦福大学校徽。手指可穿戴说明薄膜的弯曲性和起伏性。（图片来源：Bao教授研究团队的Z. Zhang以及J. Lai）

       近日，中美合作的研究人员已经开发出一种高强度发光二极管（以下简称LED），具有延展性，可伸缩、弯曲等，研究工作已发表在顶级期刊《Nature》上（doi: 10.1038/s41586-022-04400-1）。该新型LED可用于制造柔韧、可拼接的发光薄膜器件，并为下一代数字显示器提供了可能性。此外，特殊的原材料使其可以直接佩戴在皮肤上。

全聚合物LED的突破

       目前，有机LED（OLED）广泛应用于电视屏幕和计算机显示器等，它的灵活性来源于将电致发光有机半导体沉积在塑料衬底上。然而，要求可逆拉伸性和低刚度的数字显示器仍然难以实现。在此之前，多种制作方法都不能保证设备兼具优良性能、可伸缩性以及高分辨率。

       例如，先前报导的全聚合物LED（以下简称APLEDs）在拉伸时易脆、易裂。2019年，Zhitao Zhang博士发现，将某种发光聚合物（包括“SuperYellow”，以下简称SY）与聚氨酯按特定比例混合，可以得到一种较软、可弯曲的APLED，且光亮度良好。

       “如果原材料中加入聚氨酯，我们能够看到SY纳米结构，”在该研究的报告会上，美国斯坦福大学的Zhang博士后说，“这种纳米结构非常关键，由于像渔网一样紧密连接和排列，它们使脆性聚合物具有可伸缩性，并且提高光照强度。”

       原理是，SY与聚氨酯混合后会自发地分相，形成纳米封闭型发光聚合物。由此产生的渔网结构增强电荷输运，而非抑制，实现电荷捕获稀释功能。

皮肤无线供电

       除了黄色发光层，研究人员继续开发出红色、绿色、蓝色的发光层。此外，该可伸缩APLED的性能参数可观，最大光强密度在15V的电压下达到7450 坎德拉/平方米，对应的电流效率峰值达到5.3 CD/A。APLED的最大拉伸长度为初始长度的两倍，同时保持发光强度和均匀性。

       最后，通过无线能量收集系统，研究人员利用APLED拼接成了单个发光图层，实现皮肤无线供电，并且该设备能够通过眨眼记录实验人员的实时脉冲信号。

       在论文报告会上，斯坦福大学工程学教授，该论文通讯作者Zhenan Bao教授说：“可伸缩显示器为人机交互界面提供新表现方式。我们可以看到图像并与之互动，图案就根据我们的指示而变换。”