吉大&加州洛杉磯分校&北理工Adv. Mater.：可拉伸有機金屬鹵化物鈣鈦礦量子點電致發光器件

【引言】
眾所周知，可拉伸光電子器件可以有效增強電子設備的功能性、實用性以及美觀性，是下一代智能電子產品發展的必然趨勢。其中，可拉伸顯示屏幕和固態照明系統因其在可擴展和可折疊屏幕、生物集成設備和可穿戴電子設備等領域的應用而備受青睞。然而，到目前為止，同時實現具有高效率和高穩定性的可拉伸電致發光器件仍然是一個挑戰，需要對器件的組分和工藝進行進一步改進。鈣鈦礦材料因其高載流子遷移率、優異的色純度以及可調節的光譜范圍在電致發光器件領域受到廣泛關注。2014年第一例鈣鈦礦電致發光器件被報道后，大量的研究工作致力于提高鈣鈦礦器件的效率和穩定性。但是，鈣鈦礦薄膜由于其自身的剛性和脆性（楊氏模量>12 GPa），以及鈣鈦礦薄膜形成過程中的常用溶劑（DMSO和DMF）極性較高，對有機半導體材料、金屬電極以及聚合物材料的分解和破壞，導致鈣鈦礦材料在柔性/可拉伸光電子器件中的應用仍然是一項重大挑戰，迄今為止鮮有報道。
【成果簡介】
近日，美國加州大學洛杉磯分校裴啟兵教授、吉林大學孫洪波教授與北京理工大學鐘海政教授合作，結合具有較好柔性以及溶劑極性較低的鈣鈦礦量子點材料和褶皺結構，成功制備了具有高效率和高機械穩定性的可拉伸鈣鈦礦量子點電致發光器件。該器件的發光效率高達9.2 cd A-1，比氧化銦錫/玻璃對比器件高70%。而且，在50%的拉伸應變下，器件發光性能不會明顯降低。研究還表明，在20%的拉伸應變下進行1000次循環測試，該鈣鈦礦電致發光器件依然具有較好的穩定性。該成果以題為" Stretchable Organometal-Halide-Perovskite Quantum-Dot Light-Emitting Diodes "發表在國際著名期刊Adv. Mater.上。
【圖文導讀】
圖1 PI/AgNWs復合電極的表征

(a) 帶有二氧化鈦溶膠-凝膠涂層的AgNWs的SEM圖像；
(b) 嵌入聚酰亞胺(PI)基底中AgNWs的表面形貌SEM圖像；
(c) PI/AgNWs復合電極的光學照片;
(d) 純PI膜和PI/AgNWs復合薄膜的透過光譜；
(e) 粘附在預拉伸VHB上的PI/AgNWs復合電極的拉伸/釋放過程的示意圖；
(f) 厚度為2 μm的超薄PI膜橫截面的SEM圖像；
(g) 粘附在預拉伸VHB上的 PI/AgNWs復合電極在釋放應力后形成的褶皺形貌；
(h) 在0%-50%應變間進行10000次循環測試的PI/AgNWs復合電極電阻性能。
圖2 Pe-QDLED的表征及性能

(a) CH₃NH₃PbBr₃量子點的TEM圖像；
(b) CH₃NH₃PbBr₃量子點薄膜的熒光和吸收光譜；
(c) 鈣鈦礦量子點電致發光器件的結構；
(d) Pe-QDLED的電致發光光譜；
(e) 基于PI/AgNWs和ITO/玻璃電極的Pe-QDLED的J-V-L特性；
(f) 基于PI/AgNWs ITO/玻璃電極的Pe-QDLED的電流效率。
圖3 Pe-QDLED在拉伸應變下的性能

(a) Pe-QDLED器件在0%和50%拉伸應變下的光學照片；
(b) CH₃NH₃PbBr₃量子點在0%和50%拉伸應變下的SEM圖；
(c, d) 可拉伸Pe-QDLED在0%、25%和50%應變下的J-V-L特性和電流效率特性；
(e) 可拉伸Pe-QDLED器件在0%和50%拉伸應變下的發光照片；
(f) 可拉伸Pe-QDLED在0%-20%拉伸應變間，亮度和電流效率隨拉伸次數的變化。

【小結】
本文中，作者利用柔性鈣鈦礦量子電致點發光器件與預拉伸的聚合物材料相結合形成褶皺結構從而實現了能適應較大應力的可拉伸鈣鈦礦量子點發光器件。該器件具有3.2V的起亮電壓，在9V時能夠達到3187 cd m?2的亮度。此外，該器件具有良好的機械穩定性，拉伸應變高達50%時器件性能保持穩定，而且在20%應變下循環拉伸1000次器件性能沒有顯著降低。這項工作使得鈣鈦礦電致發光器件在可拉伸光電子器件領域的發展邁出了重要一步。

文獻鏈接：Stretchable Organometal-Halide-Perovskite Quantum-Dot Light-Emitting Diodes? (Adv. Mater. 2019, DOI: 10.1002/adma.201807516)

【團隊介紹】

本文中，吉林大學-加州大學洛杉磯分校聯合培養博士研究生李云飛為第一作者，吉林大學馮晶教授、北京理工大學鐘海政教授、吉林大學孫洪波教授以及加州大學洛杉磯分校裴啟兵教授共同指導完成。

吉林大學馮晶教授、孫洪波教授團隊近年來致力于可拉伸光電子器件的研究和發展。該團隊研究了一維有序褶皺結構在有機電致發光器件中的應用，該工作具有非常高的器件效率和穩定性，是現在可拉伸電致發光器件效率的世界紀錄保持者。與此同時，該團隊也在二維可拉伸電致發光器件領域進行了深入研究。

相關文獻如下：
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).

北京理工大學鐘海政教授課題組在量子點合成方面有著多年的研究經驗，近年來在鈣鈦礦量子點合成與應用方面進行了深入的探索，并發表了很多高水平文章。

相關文獻如下：
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).
加州大學洛杉磯分校裴啟兵教授課題組長期致力于可拉伸光電子器件，是世界上最早研究可拉伸光電器件的課題組之一，并首次提出了本征可拉伸發光器件。該課題組在可拉伸電致發光器件，可拉伸晶體管等領域都有較為深入的研究。
相關文獻如下：
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).

本文由材料人生物學術組biotech供稿，材料牛審核整理。
歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。
投稿及內容合作可加編輯微信：cailiaorenvip。