吉大&加州洛杉矶分校&北理工Adv. Mater.：可拉伸有机金属卤化物钙钛矿量子点电致发光器件

【引言】
众所周知，可拉伸光电子器件可以有效增强电子设备的功能性、实用性以及美观性，是下一代智能电子产品发展的必然趋势。其中，可拉伸显示屏幕和固态照明系统因其在可扩展和可折叠屏幕、生物集成设备和可穿戴电子设备等领域的应用而备受青睐。然而，到目前为止，同时实现具有高效率和高稳定性的可拉伸电致发光器件仍然是一个挑战，需要对器件的组分和工艺进行进一步改进。钙钛矿材料因其高载流子迁移率、优异的色纯度以及可调节的光谱范围在电致发光器件领域受到广泛关注。2014年第一例钙钛矿电致发光器件被报道后，大量的研究工作致力于提高钙钛矿器件的效率和稳定性。但是，钙钛矿薄膜由于其自身的刚性和脆性（杨氏模量>12 GPa），以及钙钛矿薄膜形成过程中的常用溶剂（DMSO和DMF）极性较高，对有机半导体材料、金属电极以及聚合物材料的分解和破坏，导致钙钛矿材料在柔性/可拉伸光电子器件中的应用仍然是一项重大挑战，迄今为止鲜有报道。
【成果简介】
近日，美国加州大学洛杉矶分校裴启兵教授、吉林大学孙洪波教授与北京理工大学钟海政教授合作，结合具有较好柔性以及溶剂极性较低的钙钛矿量子点材料和褶皱结构，成功制备了具有高效率和高机械稳定性的可拉伸钙钛矿量子点电致发光器件。该器件的发光效率高达9.2 cd A-1，比氧化铟锡/玻璃对比器件高70%。而且，在50%的拉伸应变下，器件发光性能不会明显降低。研究还表明，在20%的拉伸应变下进行1000次循环测试，该钙钛矿电致发光器件依然具有较好的稳定性。该成果以题为" Stretchable Organometal-Halide-Perovskite Quantum-Dot Light-Emitting Diodes "发表在国际著名期刊Adv. Mater.上。
【图文导读】
图1 PI/AgNWs复合电极的表征

(a) 带有二氧化钛溶胶-凝胶涂层的AgNWs的SEM图像；
(b) 嵌入聚酰亚胺(PI)基底中AgNWs的表面形貌SEM图像；
(c) PI/AgNWs复合电极的光学照片;
(d) 纯PI膜和PI/AgNWs复合薄膜的透过光谱；
(e) 粘附在预拉伸VHB上的PI/AgNWs复合电极的拉伸/释放过程的示意图；
(f) 厚度为2 μm的超薄PI膜横截面的SEM图像；
(g) 粘附在预拉伸VHB上的 PI/AgNWs复合电极在释放应力后形成的褶皱形貌；
(h) 在0%-50%应变间进行10000次循环测试的PI/AgNWs复合电极电阻性能。
图2 Pe-QDLED的表征及性能

(a) CH₃NH₃PbBr₃量子点的TEM图像；
(b) CH₃NH₃PbBr₃量子点薄膜的荧光和吸收光谱；
(c) 钙钛矿量子点电致发光器件的结构；
(d) Pe-QDLED的电致发光光谱；
(e) 基于PI/AgNWs和ITO/玻璃电极的Pe-QDLED的J-V-L特性；
(f) 基于PI/AgNWs ITO/玻璃电极的Pe-QDLED的电流效率。
图3 Pe-QDLED在拉伸应变下的性能

(a) Pe-QDLED器件在0%和50%拉伸应变下的光学照片；
(b) CH₃NH₃PbBr₃量子点在0%和50%拉伸应变下的SEM图；
(c, d) 可拉伸Pe-QDLED在0%、25%和50%应变下的J-V-L特性和电流效率特性；
(e) 可拉伸Pe-QDLED器件在0%和50%拉伸应变下的发光照片；
(f) 可拉伸Pe-QDLED在0%-20%拉伸应变间，亮度和电流效率随拉伸次数的变化。

【小结】
本文中，作者利用柔性钙钛矿量子电致点发光器件与预拉伸的聚合物材料相结合形成褶皱结构从而实现了能适应较大应力的可拉伸钙钛矿量子点发光器件。该器件具有3.2V的起亮电压，在9V时能够达到3187 cd m−2的亮度。此外，该器件具有良好的机械稳定性，拉伸应变高达50%时器件性能保持稳定，而且在20%应变下循环拉伸1000次器件性能没有显著降低。这项工作使得钙钛矿电致发光器件在可拉伸光电子器件领域的发展迈出了重要一步。

文献链接：Stretchable Organometal-Halide-Perovskite Quantum-Dot Light-Emitting Diodes  (Adv. Mater. 2019, DOI: 10.1002/adma.201807516)

【团队介绍】

本文中，吉林大学-加州大学洛杉矶分校联合培养博士研究生李云飞为第一作者，吉林大学冯晶教授、北京理工大学钟海政教授、吉林大学孙洪波教授以及加州大学洛杉矶分校裴启兵教授共同指导完成。

吉林大学冯晶教授、孙洪波教授团队近年来致力于可拉伸光电子器件的研究和发展。该团队研究了一维有序褶皱结构在有机电致发光器件中的应用，该工作具有非常高的器件效率和稳定性，是现在可拉伸电致发光器件效率的世界纪录保持者。与此同时，该团队也在二维可拉伸电致发光器件领域进行了深入研究。

相关文献如下：
1. Da Yin, Jing Feng, Rui Ma, Yue-Feng Liu, Yong-Lai Zhang, Xu-Lin Zhang, Yan-Gang Bi, Qi-Dai Chen and Hong-Bo Sun,Efficient and mechanically robust stretchable organic light-emitting devices by a laser-programmable buckling process, Nat. Commun. 7,11573 (2016).

2. Da Yin, Nai-Rong Jiang, Yue-Feng Liu, Xu-Lin Zhang, Ai-Wu Li, Jing Feng and Hong-Bo Sun, Mechanically robust stretchable organic optoelectronic devices built using a simple and universal stencil-pattern transferring technology, Light Sci. Appl. 7, 35 (2018).

北京理工大学钟海政教授课题组在量子点合成方面有着多年的研究经验，近年来在钙钛矿量子点合成与应用方面进行了深入的探索，并发表了很多高水平文章。

相关文献如下：
3. Hailong Huang, Fangchao Zhao, Lige Liu, Feng Zhang, Xian-gang Wu, Lijie Shi, Bingsuo Zou, Qibing Pei, and Haizheng Zhong, Emulsion Synthesis of Size-Tunable CH3NH3PbBr3 Quantum Dots: An Alternative Route toward Efficient Light-Emitting Diodes, ACS Appl. Mater. Interfaces 7, 28128 (2015).

4. Yuwei Niu, Feng Zhang, Zelong Ba, Yuping Dong, Jian Yang, Ruibin Liu, Bingsuo Zou, Jingbo Li, Haizheng Zhong, Aggregation-Induced Emission Features of Organometal Halide Perovskites and Their Fluorescence, Adv. Opt. Mater. 3, 112 (2015).

5. Feng Zhang, Haizheng Zhong, Cheng Chen, Xian-gang Wu, Xiangmin Hu, Hailong Huang, Junbo Han, Bingsuo Zou, and Yuping Dong, Brightly Luminescent and Color-Tunable Colloidal CH3NH3PbX3 (X = Br, I, Cl) Quantum Dots: Potential Alternatives for Display Technology, ACS Nano 9, 4533 (2015).
加州大学洛杉矶分校裴启兵教授课题组长期致力于可拉伸光电子器件，是世界上最早研究可拉伸光电器件的课题组之一，并首次提出了本征可拉伸发光器件。该课题组在可拉伸电致发光器件，可拉伸晶体管等领域都有较为深入的研究。
相关文献如下：
6. Zhibin Yu, Xiaofan Niu, Zhitian Liu and Qibing Pei, Intrinsically Stretchable Polymer Light-Emitting Devices Using Carbon Nanotube-Polymer Composite Electrodes, Adv. Mater. 23, 3989 (2011).

7. Jiajie Liang, Lu Li, Xiaofan Niu, Zhibin Yu and Qibing Pei, Elastomeric polymer light-emitting devices and displays, Nat. Photonics 7, 817 (2013).

8. Jiajie Liang, Lu Li Kwing Tong, Zhi Ren, Wei Hu, Xiaofan Niu, Yongsheng Chen and Qibing Pei, Silver Nanowire Percolation Network Soldered with Graphene Oxide at Room Temperature and Its Application for Fully Stretchable Polymer Light-Emitting Diodes, ACS Nano 8, 1590 (2014).

9. Jiajie Liang, Kwing Tong and Qibing Pei, A Water‐Based Silver‐Nanowire Screen‐Print Ink for the Fabrication of Stretchable Conductors and Wearable Thin‐Film Transistors. Adv. Mater. 22, 5986 (2016).

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