研究人员研发出离电发光纤维织物

日前，哈佛大学锁志刚院士、南方科技大学杨灿辉设计了一种多步浸涂工艺，以实现多种配置的水凝胶离子电子学器件。这样做时，对疏水表面进行了底漆处理，使亲水性前体润湿，然后使不同层的聚合物与共价键互连。该工艺将水凝胶和疏水性弹性体结合在一起，具有很强的附着力，而又不会损害可拉伸性和透明度。

研究从同轴结构的离电发光纤维开始，它由水凝胶芯、发光层、水凝胶层和弹性体层组成。当电源在水凝胶核心和水凝胶层之间施加交流电压时，极性相反的离子会定期在水凝胶/弹性体界面上积聚，在发光层中产生交替的电场，并在荧光粉颗粒中产生电子-空穴对。弹性体和水凝胶是透明的，因此可以发光。具体来说，通过多步浸涂法，使用包含氯化锂作为离子导体的聚丙烯酰胺（PAAm）水凝胶，分散有掺杂铜的硫化锌（ZnS：Cu）颗粒的聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为发光层，PDMS 作为介电层以及硅烷作为偶联剂。

研究人员比较了两个步骤：在水凝胶上浸涂一层弹性体和在弹性体上浸涂一层水凝胶。发现弹性体前驱液可以在水凝胶表面自发地铺展开，而水则在未处理的弹性体表面形成水珠。但经过硅烷偶联剂底涂工艺处理后，水也可以在弹性体表面铺展开。

研究人员将两条金属线连接到电源。电源的电压除以发光层的厚度定义了标称电场。在脉冲电场的作用下，光纤发亮和灭光。离电发光纤维是可拉伸的，并在变形下保持其亮度。再将其拉伸到初始长度的1.5倍，经过10000次循环后，纤维保持其峰值应力和亮度。

研究人员通过将两种类型的纤维组装成行和列来制造离电发光织物。进而，研究人员制造了一个发光环，该发光环包含发光层，PAAm 水凝胶和PDMS 弹性体的封闭圆柱壳，以及具有笼状结构的发光手提包。最后，通过将不同的ZnS颗粒用于发光层还可以制作多色纤维。综上所述，水凝胶的柔软性和可拉伸性，水凝胶与弹性体之间的强粘合性以及浸涂的广泛适用性，共同使复杂形状的水凝胶离电发光器件成为可能。