“剛?cè)岵毙外}鈦礦薄膜誕生，中國科學(xué)家以穿山甲為靈感，制備可自愈的鈣鈦礦光電器件

需要增透減反技術(shù)可以聯(lián)系我們上海工廠18917106313

上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。

動畫片《葫蘆娃》，是很多人的童年印象。除了各具本領(lǐng)的葫蘆七娃之外，還有很多動物類角色。比如，《葫蘆娃》中的穿山甲，便是一個為了救二娃和爺爺而被蝎子精殺死的動物角色。

現(xiàn)實生活中，穿山甲是中國的國家**保護動物，禁止私人捕殺和食用。穿山甲的鱗片是剛性的，一個個排列整齊、堅硬無比的鱗片，好比鈣鈦礦晶粒一樣（鈣鈦礦是近年來的科研熱點之一）。

而穿山甲鱗片的絕妙之處在于，由于鱗片生長在穿山甲柔軟的身體上，既讓鱗片可作為鎧甲讓其免受壓力和擠壓，又不影響穿山甲的狩獵哺食和穿洞打孔。

以此為靈感，蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院唐建新教授和團隊，通過仿生穿山甲的設(shè)計，制備出一種鈣鈦礦發(fā)光二極管。

課題組表示：“我們期望研究這種可定制的、靈活的、穩(wěn)定的柔性電子器件，能為信息顯示、健康照明、以及生物醫(yī)學(xué)研究等提供幫助。”

據(jù)介紹，以往的鈣鈦礦光電器件大多是在剛性氧化銦錫/玻璃上制作完成。為了制作柔性器件，通常選擇聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET，polyethylene glycol terephthalate）、或聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN，Polyethylene naphthalate two formic acid glycol ester）等柔性塑料基底。

這些商用的柔性基底/電極不僅厚度大、不可調(diào)節(jié)，而且只能承受少數(shù)的彎折測試。另外，對于 PET、PEN 這類常規(guī)型聚合物塑料來說，它們能承受的溫度不夠高，往往加熱到 160 攝氏度以上，塑料就會產(chǎn)生變形蜷縮、甚至是融化。

對于柔性光電器件的研發(fā)，該課題組已積累了較多經(jīng)驗，在有機發(fā)光二極管（OLED，Organic Light-Emitting Diode）、和有機光伏電池上，都有著較為成功的嘗試。

考慮到顯示屏的柔性化已成為大趨勢，故研究小組也對柔性鈣鈦礦發(fā)光二極管（PeLED，Perovskite Light-Emitting Diode）器件有著更高的目標(biāo)。

其希望柔性器件不僅能承受高強度的機械測試，并對高溫的工作環(huán)境具備耐受度。因此，該團隊以聚酰亞胺（PI）為聚合物基底、銀納米線（AgNWs）為電極來進行制備。

作為“塑料王”，聚酰亞胺可以耐受 300 攝氏度的高溫，市售聚酰亞胺都是半透明的黃色。而該團隊所制備的聚酰亞胺薄膜，系自主工藝合成，外觀上無色透明，可通過預(yù)聚體的調(diào)制和制備來實現(xiàn)工藝控制，能達到任意需要的超薄厚度，*低可薄至 2 微米。

與此同時，使用銀納米線作為電極時，它不僅導(dǎo)電性好、而且彎折性優(yōu)異，甚至在折疊狀態(tài)下也能保持低電阻。

研究中，課題組選用電極轉(zhuǎn)移的方法，制備了 PI/AgNWs 復(fù)合電極，并把聚酰亞胺把銀納米線包裹起來，只露出導(dǎo)電的一面，從而讓銀納米線在彎折過程中，保持穩(wěn)定不斷裂。

作為柔性器件的襯底，在效率上其不輸于剛性器件，器件厚度降低至 20 微米（普通玻璃為 1 毫米左右），出光也更加優(yōu)異，并且它的抗彎折性能也很突出。

對于柔性鈣鈦礦光電器件來說，另一個關(guān)鍵之處在于鈣鈦礦薄膜的改性。鈣鈦礦晶粒具有一定的脆性，薄膜在彎折之后很容易產(chǎn)生不可修復(fù)的裂痕，這種裂痕會給器件帶來難以彌補的性能損失。

因此，該團隊思考的是：如何避免產(chǎn)生這種裂痕、或是裂痕產(chǎn)生之后如何修復(fù)？常見的自修復(fù)材料中，聚合物有著得天獨厚的優(yōu)勢，故課題組選擇了具備自修復(fù)功能的聚氨酯。

這樣做出來的鈣鈦礦-聚合物薄膜，亦柔亦剛、剛?cè)岵梢?*地配合柔性器件、對于耐彎折性能的需求。

他們發(fā)現(xiàn)，在反復(fù)彎折的過程中，不僅鈣鈦礦薄膜產(chǎn)生的裂痕可以大幅減少，而且由于聚氨酯里的氨基甲酸酯基團和聚醚之間的動態(tài)氫鍵作用，可以在加熱之后修復(fù)裂痕，以讓裂痕變小直至消失。可以說，這是一項非常有意思的結(jié)合，也證明柔性 PeLED 具備更多的發(fā)揮空間。

近日，相關(guān)論文以《用于自愈柔性鈣鈦礦發(fā)光二極管的仿生穿山甲設(shè)計》（Bio-Inspired Pangolin Design for Self-Healable Flexible Perovskite Light-Emitting Diodes）為題發(fā)表在 ACS Nano 上，錢曉燕為**作者，唐建新?lián)瓮ㄓ嵶髡摺?/span>

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