深北莫常帅/北大徐妹娌综述:交流驱动电致发光器件的最新进展与功能应用研究

学术   2024-09-08 11:01   北京  

研究背景

在过去的几十年中,随着显示和照明技术的飞速发展,如何在低功耗和高亮度的前提下实现光源的高效发光和多功能应用成为研究的热点之一。在这一过程中,各种材料和技术不断涌现,但在同时满足高效率、稳定性和灵活性的需求方面仍然面临巨大挑战。
近年来,交流电致发光 (ACEL) 器件作为一种新兴的发光驱动技术,因其独特的发光机制和优异的机械柔性引起了广泛关注。ACEL 技术在柔性显示、可穿戴设备及其他功能性应用中展现出巨大的潜力,并为未来光源技术的发展提供了新的方向。

研究内容

近日,深圳北理莫斯科大学常帅教授、北京大学徐妹娌助理研究员论述了交流驱动电致发光器件的最新研究进展,并特别关注了其在功能性和交互性显示设备中的应用潜力(图 1)。

  • Fig. 1. Schematic overview of functional and interactive displays based on ACEL.

该综述论文详细讨论了与 ACEL 相关的三种机制:激子复合机制、热电子碰撞或离化激发机制和场致驱动电离激发机制。介绍了注入型 (IT-ACEL)、半注入型 (SIT-ACEL) 和非注入型 (NIT-ACEL) 器件所对应的器件结构和发光原理(图 2)。讨论了 ACEL 技术的最新优化策略,包括高效交流电驱动方法、多样化制备方法以及先进材料选择等方面。

  • Fig. 2. Mechanism and structural classification of ACEL: a) Exciton Recombination Mechanism. b) and c) Hot-Electron Impact/ Ionization Excitation Mechanism. d) Field-Driven Ionization Excitation Mechanism. e) Injection type AC-LED structure. f) Semi-injection type AC-LED structure. g) Non-injection type AC-TFEL structure. h) Non-injection type AC-PEL structure (including fibre structure). i) Injection type / Non-injection type FET-ACEL structure. j) Mechanism of Non-injection type FET-ACEL. k) Non-injection type NCI-LED/QLED structure.

在功能性应用方面,ACEL 技术展现了极大的灵活性和广泛的适用性。通过优化器件结构和材料选择,ACEL 技术在多色显示、高耐久性、可拉伸显示、自供能、自修复和自降解功能显示等方面取得了显著进展。例如,研究人员开发了可拉伸发光纤维,这些纤维能够在反复拉伸和弯曲的情况下依然保持高亮度和稳定的发光性能(图 3)。这一技术在智能照明、柔性显示设备、智能穿戴设备等领域展现了巨大的应用潜力,特别是在医疗监测和环境保护中,ACEL 技术提供了高效的解决方案。

  • Fig. 3. a) Weavable ACEL fibres. b) A photograph of ring-shaped ACEL fibres spiraled around a finger. c) Luminance variation of the ACEL fibre with immersing time in artificial sweat (the inset shows that the ACEL fibre remains light emitting when immersed in artificial sweat). d) Photograph showing stable electroluminescence (EL) emission, even in the case of a rolled-up pen. e) Highly overlapped, confirming their durability even after 10,000 cycles of mechanical bending. f) Schematic of an EL unit formed at the contact area between the luminescent warp and the transparent conductive weft. g) Schematic showing the weave diagram of the display textile. h) Photograph of a functional multicolour display textile under complex deformations, right side is inputted onto the clothing by pressing the keys that are woven into the textile.

交互性应用是 ACEL 技术发展的另一重要方向。基于 ACEL 器件的独特发光原理,这些设备能够感知外界环境的多种物理信号,如液体、温度、湿度、压力、磁场和声音等,并通过发光反馈进行实时显示(图 4)。例如,液体传感显示设备能够对人体汗液、雨水等多种液体进行监测,提供即时反馈,广泛应用于智能纺织品和可穿戴设备。同时,动态能量传感显示设备可以将人体动能和环境中的机械能转换为视觉数据,用于体育训练、健康监测和虚拟现实等领域。这些交互性应用不仅提升了用户体验,还在公共安全和健康管理等方面展现出广阔的前景。

  • Fig. 4. The development history of liquid sensing displays, environmental factors-sensing, biosensing displays and dynamic energy-sensing displays in recent years.

总体来看,ACEL 技术凭借其创新的原理和多样化的应用场景,正在推动功能性和交互性显示设备的技术革新。未来,随着材料科学和制造工艺的不断进步,ACEL 技术将在更多领域中发挥关键作用,引领智能设备和人机交互的潮流。
该成果以“Alternating Current Electroluminescence Devices: Recent Advances and Functional Applications”(《交流驱动电致发光器件的最新进展与功能应用》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Materials Horizons 上。

综述目录

1. Introduction

引言


2. Mechanism and classifications of ACEL devices

交流电致发光器件的机理和分类

    2.1 Mechanism

    机理

        2.1.1 Exciton recombination mechanism

        激子复合机制

        2.1.2 Hot-electron/ionisation impact excitation mechanism 

        热电子碰撞或离化激发机制

        2.1.3 Field-driven ionisation excitation mechanism

        场致驱动电离激发机制

    2.2 Classifications

        2.2.1 Symmetric and asymmetric AC-light emitting diodes

        对称型和非对称型交流发光二极管

        2.2.2 Thin film AC-electroluminescence

        薄膜型交流电致发光

        2.2.3 Powder based AC-electroluminescence

        粉末型交流电致发光

        2.2.4 AC electroluminescent field-effect transistors

        交流电致发光场效应晶体管

        2.2.5 Non-carrier injection ACELs

        非载流子注入型交流电致发光设备


3. Optimisation scheme of ACEL

交流电致发光的优化方案

    3.1 Alternating current drive

    交流驱动

    3.2 Preparation

    制备

    3.3 Materials

    材料

    3.4 Others

    其他


4.Functional-type AC electroluminescent devices

功能型交流电致发光器件

    4.1 Multi-colour displays

    多色显示技术

    4.2 High-durability displays

    高耐久性显示

    4.3 Stretchable and wearable displays

    可拉伸和可穿戴显示

    4.4 Autonomous function displays

    自主功能显示

    4.5 Other Displays

    其他显示


5. Interactive-type AC Electroluminescent Devices

交互型交流电致发光器件

    5.1 Liquid sensing interactive displays

    液体传感显示

    5.2 Environmental factor sensing interactive displays

    环境因素传感显示

    5.3 Kinetic energy sensing interactive displays

    动能传感显示

    5.4 Biosensing interactive displays

    生物传感显示


6. Conclusion, Challenges, and Outlook

结论,挑战和展望

论文信息

  • Alternating Current Electroluminescence Devices: Recent Advances and Functional Applications

    Yibin Liu, Meili Xu,*徐妹娌,北京大学深圳研究生院)Hui Long, Roman B. Vasiliev, Shukui Li, Hong Meng and Shuai Chang*常帅,深圳北理莫斯科大学)

    Mater. Horiz., 2024
    https://doi.org/
    10.1039/D4MH00309H

作者简介

刘艺彬 博士研究生
北京理工大学

本文第一作者,北京理工大学材料学院 2023 级深北莫专项博士研究生。2023 年 7 月毕业于北京印刷学院材料科学与工程专业获硕士学位。研究方向主要为交流电致发光器件的制备及研究。目前以第一作者在 Materials Horizons, Journal of Materials Chemistry C, Advanced Materials Technologies 等国际期刊发表 SCI 论文 5 篇。







徐妹娌 助理研究员
北京大学深圳研究生院

本文通讯作者,北京大学深圳研究生院新材料学院助理研究员。2021 年 6 月毕业于吉林大学电子科学与工程学院获得博士学位,并于 2021 年 9 月北京大学深圳研究生院开展博士后研究工作,现为北京大学深圳研究生院新材料学院助理研究员。研究方向包括有机薄膜晶体管、有机晶体管存储器以及有机发光器件。主持国家自然科学基金青年项目和深圳市优秀科技创新人才培养项目。目前以第一作者身份在 Advanced Materials, IEEE Electron Device Letters, Materials Horizons, Journal of Materials Chemistry C 等期刊发表了 10 篇 SCI 论文







常帅 教授
深圳北理莫斯科大学

本文通讯作者,深圳北理莫斯科大学材料科学系教授、博导。主要从事低维纳米光电材料与新型器件研究。主持国家自然科学基金青年项目、面上项目、中国-白俄罗斯国际合作交流项目等科研项目多项。担任全国电子显示器件标准化技术委员会委员,中国电子工业标准化技术协会创新成果产业化工作委员会委员,中国真空协会(显示技术专委会)高级会员。目前已在Nature Communications, Energy & Environmental Science, The Journal of Physical Chemistry Letters, Advanced Optical Materials 等期刊发表论文 50 余篇,并为2本学术专著撰写章节。授权中国发明专利5项,美国发明专利 4 项。

期刊介绍

Urgent short reports of exceptionally high quality & innovative materials science

rsc.li/materials-horizons

Mater. Horiz.

2-年影响因子*12.2
5-年影响因子*12.5
JCR 分区*Q1 材料科学-跨学科
Q1 化学-跨学科
CiteScore 分18.9
中位一审周期38 


Materials Horizons 是材料科学领域的领导性期刊,发表高质量、高创新性的研究成果。该期刊侧重于原创性研究,强调所发表的论文要提出新的概念或新的思维方式(概念上的进展),而不是以报道技术方面的进展为主。当然,在概念上未有创新但实现了突破性进展的杰出工作(例如材料性能突破已有纪录)也有被发表的机会。另外,该刊要求所发表的论文能引起材料科学各领域读者的广泛兴趣。

Chair
  • Martina Stenzel
    🇦🇺 新南威尔士大学

Scientific editors
  • Jean-Luc Bredas
    🇺🇸 美国亚利桑那大学

  • Bruno Chaudret
    🇫🇷 图卢兹大学

  • Guoping Chen (陈国平)
    🇯🇵 日本国立材料科学研究所

  • Yong Cui (崔勇)
    🇨🇳 上海交通大学

  • Simone Fabiano
    🇸🇪 林雪平大学

  • Zhongyi Jiang (姜忠义)
    🇨🇳 天津大学

  • Kisuk Kang
    🇰🇷 首尔国立大学

  • Norbert Koch
    🇩🇪 柏林洪堡大学

  • Yun Jung Lee
    🇰🇷 汉阳大学

  • Yi Long (龙祎)
    🇨🇳🇭🇰 香港中文大学

  • Roisin Owens
    🇬🇧 剑桥大学

Editorial board members

  • Kelsey B. Hatzell
    🇺🇸 普林斯顿大学

  • Mark Thompson
    🇺🇸 南加州大学

  • Shu Yang (杨澍)
    🇺🇸 宾夕法尼亚大学

* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)
 CiteScore 2023 by Elsevier
 中位数,仅统计进入同行评审阶段的稿件








欢迎联系我们发布论文报道
📧 RSCChina@rsc.org

点击下方「阅读原文」查看

↓↓↓

RSC英国皇家化学会
英国皇家化学会,是全球领先的化学学术团体,致力于推动化学科学的卓越发展。推送最新的国际化学新闻,分享顶尖的化学科研成果及丰富的化学学术活动。
 最新文章