清華大學(xué)王朝教授團(tuán)隊(duì) AFM: 穩(wěn)定、自愈、可拉伸的介電聚合物 →用于水下電致發(fā)光器件
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圖1. 介電聚合物的設(shè)計(jì)與性質(zhì)
首先設(shè)計(jì)了新型介電聚合物。其中剛性的pTFEMA部分提供機(jī)械強(qiáng)度，柔軟的pHFBA部分增強(qiáng)韌性。PFPEMA的引入同時(shí)提高了介質(zhì)層的κ、疏水性和粘附性。材料的透光度介于98-100%之間，介電常數(shù)介于5.6-10.7。作者同時(shí)利用雙陽離子離子液體與氟橡膠混合獲得了離子導(dǎo)體。通過五層器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，作者將與高壓連接的電極與水環(huán)境分隔開，從而可以避免在水下工作時(shí)器件發(fā)生短路。
圖2. ACEL器件性能
與用PDMS做介電層的器件相比，在電場(chǎng)強(qiáng)度為1.5 V μm -1 的情況下，器件亮度可以達(dá)到18.22 cd m -2 。通過改變器件受到的電場(chǎng)和發(fā)光層厚度，器件最大的發(fā)光亮度可以達(dá)到1858.93 cd m -2 。
圖3. 自修復(fù)性能
由于材料中具有豐富的偶極-偶極作用，材料可以在發(fā)生損傷后可以在空氣中與溶液環(huán)境中進(jìn)行自修復(fù)。除了力學(xué)性能的恢復(fù)以外，器件的光學(xué)性能也可以恢復(fù)至初始狀態(tài)。器件在經(jīng)歷小損傷，例如劃痕，或者大損傷（切除再拼接）后，通過自我修復(fù)依然可以在水下正常工作。
圖4. 穩(wěn)定性測(cè)試
隨后，對(duì)材料和器件的水穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試。發(fā)現(xiàn)材料的力學(xué)性能在各種溶液環(huán)境中浸泡一月后仍能維持穩(wěn)定。器件經(jīng)過浸泡后，發(fā)光強(qiáng)度與初始強(qiáng)度相比沒有明顯衰減。通過與以水凝膠做電極的器件相比，該器件在經(jīng)過浸泡后，電極依然可以穩(wěn)定粘附在發(fā)光層表面，從而提高器件的水穩(wěn)定性。
圖6. 水下探測(cè)
最后，通過將該器件與光傳感器連接，獲得了可以在水下進(jìn)行探測(cè)的裝置。例如，將該裝置放置在機(jī)器人表面，在靠近障礙物時(shí)，由于障礙物的反光，會(huì)使光傳感器的光強(qiáng)增加，從而提前預(yù)知危險(xiǎn)，進(jìn)行轉(zhuǎn)向。這種新型穩(wěn)定的ACEL裝置在水下照明和探測(cè)方面具有巨大的應(yīng)用潛力。
原文鏈接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202402453
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