【儀表網 研發快訊】人們對電子設備的便攜性、多功能性和集成性的期待推動了可穿戴電子設備的快速發展。最近，摩擦電納米發電機(TENGs)在能力收集、人機交互、醫療監測和自供電傳感等方面引起了關注。遺憾的是，這類交互設備多由分隔的傳感器和顯示單元組成，因而總是需要一些笨重的設備或有線連接來將輸出信號轉換為人類易讀出的形式。色彩提供了簡單的傳輸信息的方法，其可調的顏色屬性有望與傳感器集成，為交互式信號的可視化開辟了新途徑。金屬鹵化物鈣鈦礦具有特殊的光物理性質，為未來的可穿戴電子產品提供了新機會。然而，構建自供能、應變傳感和顯示等多功能特性一體化的光致發光傳感系統是巨大的挑戰。
中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所輕量化實驗室研究員李清文與項目研究員張其沖等，提出了高效窄光致發光金屬鹵化物固體的水合成策略，進一步將其應用于自供電的可穿戴式光致發光傳感器。科研人員利用這一策略，僅使用水作為溶劑便制備了鹽殼金屬鹵化物固體(具有高效和狹窄的綠色排放，PLQY為87.3%)。其中，KBr鹽提供了一個富溴的環境來鈍化鈣鈦礦的表面缺陷，且作為基質來提高其穩定性。該綠色環保的制備策略可用于制備無色水性油墨和柔性光致發光薄膜。另外，該固態化合物可作為聚乙烯醇(PVA)的填料，用于TENG中的高性能正摩擦材料，所制備的TENG的輸出性能是原始TENG的2.3倍。研究進一步構建了電壓響應范圍為0-100kPa、響應時間為125ms的可穿戴光致發光傳感器，以檢測人體的各種運動。
研究顯示，運用簡單的水蒸發結晶策略即可制備高發射窄半高峰寬的金屬鹵化物固體，巧妙地引入溴化鉀鹽使得難溶于水的溴化鉛完全溶解在水中，不僅賦予了材料高量子產率，而且提升了產物光和熱穩定性。得益于水蒸發結晶策略，前驅體水溶液可制備成水性墨水，通過與水性聚合物混合可以制備出柔性熒光薄膜，并可以通過噴墨打印技術打印相關的圖案。
作為概念驗證，研究還構建了電壓響應范圍為0-100kPa，響應時間為125ms的可穿戴光致發光壓力傳感器，未來有望構建同時具有顯示-傳感一體化自供電集成器件，檢測人體的各種運動。
該研究為高發射的金屬鹵化物固體的合理設計提供了指導，并為擴展其在多功能可穿戴熒光傳感器中的應用提供了參考。相關研究成果以Robust Salt-Shelled Metal Halide for Highly Efficient Photoluminescence and Wearable Real-Time Human Motion Perception為題，發表在Nano Energy上。研究工作得到中科院和江蘇省青年基金項目的支持。該研究由蘇州納米所、華東理工大學、新加坡南洋理工大學、上海交通大學的科研人員合作完成。
圖1.固態鹽殼金屬鹵化物的制備
圖2.固態金屬鹵化物的穩定性及其柔性應用
圖3.固態金屬鹵化物在傳感領域的應用
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