背景介绍
碳纳米点（CDs）作为一种新兴的发光材料，以其低廉的合成成本、多样化的制备方法和优异的生物相容性二备受关注。作为一种经济环保的荧光纳米材料，CDs在光电器件领域展现了广阔的应用前景。然而，目前基于CDs的电致发光器件大多依赖刚性基板，关于CDs自供能柔性电致发光器件的研究鲜有报道，这在一定程度上限制了其在人机交互等领域的应用潜力。
成果简介
本研究提出了一种基于CDs的自供能柔性交流电致发光（ACEL）器件。通过将CDs、ZnS:Cu荧光粉和聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）复合，并采用刮涂工艺制备ZnS:Cu@CDs复合薄膜，结合单壁碳纳米管（SWCNTs）薄膜作为透明电极，成功构建出三明治结构的白光ACEL器件，CIE坐标为（0.31, 0.39）。
该器件在动态和静态模式下均可调控发光颜色和色温，实现从暖白光到冷白光的广色温覆盖（色温范围4538 K~9705 K），并且在4500次的循环弯曲测试下其发光强度仍能保持在95%以上，展现出优异的耐久性。
研究团队进一步将该器件与接触分离式摩擦纳米发电机（TENG）集成，开发出一种自供能柔性可穿戴显示系统。该系统可利用人体运动产生的机械能实现实时照明与显示功能。这一研究为高性能CDs基柔性自供能白光显示系统提供了全新思路，并扩展了其在可穿戴设备领域的应用前景。
图文导读
图1 Y-CDs的表征。（a）Y-CDs的XRD谱图。（b）Y-CDs的FTIR谱图。（c）Y-CDs的XPS谱图和高分辨率（d）C1s、（e）N1s和（f）O1s XPS谱图。（g）Y-CDs的激发-发射光谱矩阵。（h）Y-CDs在不同激发波长下的PL光谱（插图：Y-CDs溶液在365 nm紫外光下的照片）。（i）Y-CDs的紫外-可见光吸收光谱和PL光谱。
图2 ZnS:Cu@CDs复合薄膜的表征。（a）ZnS:Cu@CDs复合薄膜示意图。（b）ZnS:Cu的XRD谱图。（c）CDs的TEM图像。（d）ZnS:Cu薄膜，（e）CDs薄膜和（f）ZnS:Cu@CDs复合薄膜的PL光谱（插图是薄膜在365 nm紫外光下的照片）。
图3 柔性ACEL器件的结构和性能。（a）ACEL器件的结构示意图。（b）ZnS:Cu在500 Hz交流电压下的EL光谱和CDs的激发光谱。（c）白光ACEL器件的发光机制。（d）白光ACEL器件在不同频率（50-500Hz）交流电压下的EL光谱。（e）白光ACEL器件在500 Hz交流电压下的EL光谱的分峰拟合曲线。（f）白光ACEL器件持续弯曲4500次的EL强度（插图是ACEL器件弯曲时的照片）。（g）白光ACEL器件在不同弯曲半径下的照片。
图4 白光ACEL器件的性能。（a）ACEL器件在不同ZnS:Cu和CDs浓度比下的EL光谱和（b）相应的CIE坐标。（c）ACEL器件在500 Hz交流电压下的照片。（d）ACEL器件在不同ZnS:Cu和CDs浓度比下的发光颜色。
图5 自供能白光显示系统的应用。（a）自供能白光显示系统的示意图。（b）TENG的工作原理。（c）TENG的开路电压和（d）短路电流。（e）在不同负载下，TENG的输出电压、电流和（f）输出功率。（g）自供能白光显示系统作为可穿戴设备通过收集人体运动时的机械能实现图案的可视化显示
作者简介
第一作者：张伟，郑州大学物理学院硕士研究生，主要研究方向为柔性交流电致发光器件制备及应用。
第一作者：娄庆，郑州大学物理学院教授，博士生导师，国家高层次人才青年项目入选者，河南省优秀青年基金获得者，河南省教育厅学术技术带头人，中原英才计划（育才系列）—中原青年拔尖人才。2015年7月毕业于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，获凝聚态物理专业博士学位，获得北京市普通高等学校和中国科学院大学优秀毕业生荣誉称号。长期从事碳基纳米发光材料与器件的研究工作，发表SCI论文50余篇，他引2000余次，主持国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目（195万）等国家级科研项目5项，省厅级项目6项。
通讯作者：孙俊璐，郑州大学物理学院助理研究员/校直聘研究员，硕士生导师。2021年博士毕业于郑州大学后，于郑州大学物理学院任教。长期从事自供能发光材料与显示系统，迄今以第一或者通讯作者在ACS Nano; Sci. Bull.; Nano Energy等国际一流杂志上发表SCI论文多篇。主持国家自然科学基金科研项目1项，中国博士后科学基金2项，河南省中原博士后创新人才项目1项。
通讯作者：董林，郑州大学物理学院教授、博士生导师。中原基础研究领军人才，河南省特聘教授。长期致力于氧化物低维光电材料与器件的研究，在基于发光学的触觉仿生器件、应力可视化成像、自供能电子皮肤等方面有丰富研究经验。在Nature Photonics、Advanced Materials等权威SCI期刊发表学术论文120余篇。
更多详情见课题组主页：http://www7.zzu.edu.cn/diamond/
欢迎各地学生报考攻读硕/博士学位。
文章信息
Zhang W, Lou Q, Sun J, Liao J, Zheng G, Jiao F, et al. Carbon nanodot-based flexible and self-powered white displays. Nano Research 2024, https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907117.
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