柔性織物可穿戴電子電路系統是未來人體健康監測的重要基礎平臺，在疏松多毛、多孔洞、高彈性、易形變服裝織物上，不以犧牲元器件的光電性能及面料的質輕、柔軟、透氣等特性為代價，集成高柔韌度、高機械可靠性的導線及光電學元器件仍是當前面臨的行業共性技術難題。 

　　在織物面料表面構建電子器件與電路面臨如下諸多挑戰：第一，如何克服多孔粗糙表面，實現高導電、高精度、耐拉伸電極電路的制備？第二，如何在保證電學功能的前提下最大限度保留織物輕柔透氣特性？第三，如何實現電路電子元器件具有與織物共形變的柔韌可拉伸特性，從而實現可水洗、耐揉搓等高耐久性？ 

　　針對上述挑戰，中科院蘇州納米所印刷電子團隊近年來在織物基柔性可穿戴電子器件方面取得了一系列進展，發展了基于銀納米線（AgNWs）和金屬網格（Metal Mesh）的透明導電薄膜，成功應用于織物基可拉伸光電器件（ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 24074-24085; Adv. Electron. Mater. 2021, 2100611; Flex. Print. Electron. 2022, 7, 034002），并在印刷織物電路及器件方面做了大量工作（J. Mater. Chem. C, 2020, 8, 16798-16807; ACS Appl. Electron. Mater. 2021, 3, 1747-1757; Nano Res. 2022, 15，4590-4598），另外在織物基智能系統方面也進行了系列研究（ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29144-29155; Nano Res. 2022, DOI: 10.1007/s12274-022-5077-9.） 

　　近日，針對印刷墨水中有機溶劑對織物造成破壞和殘留問題，中科院蘇州納米所印刷電子團隊袁偉副研究員等借鑒傳統燙印技術，利用激光刻蝕結合熱轉印開發了一種全固態、可圖案化、普適性的織物基交流電致發光器件（ACEL）制備方法。制備的織物發光器件具有優異的機械和耐洗滌性能，器件界面剝離強度高達700N/m，按照標準洗滌流程機洗5次后器件發光均勻性不受影響，亮度僅降低9.7%，在針刺和裁切等物理損傷下仍然保持正常的發光功能。此外，研究者還展示了藍、綠、黃等多種彩色圖案，并且演示了利用家用工具在織物上DIY發光logo的制備流程。最后，將制備的發光器件集成到服裝上，實現了動態像素化數字演示。這種普適的織物發光器件加工技術的開發將進一步促進未來可穿戴顯示器件的應用。 

　　圖1. 織物基ACEL器件的制備流程圖、截面SEM和模擬水洗展示 

　　在織物上制備ACEL器件的工藝流程如圖1（a）所示。從底電極、發光層到透明頂電極，都預先結合激光雕刻技術制備好，具體步驟如下：第一步，在離型膜表面分別刮涂復合導電層和熱熔膠層，利用激光雕刻技術進行圖案化處理，熱轉印到織物表面，標記為1號和2號電極，其中1號電極與底電極相連，2號電極與隨后的透明頂電極相連；第二步，在離型膜表面刮涂發光層，利用激光雕刻技術進行圖案化處理，隨后熱壓在底電極上；第三步，同樣利用激光雕刻技術對透明頂電極進行圖案化處理，隨后熱壓在發光層上，透明頂電極覆蓋整個發光層并與2號電極相連。該器件的工作原理是形成一個電容器結構，上下兩層為電極，中間為發光層，頂部的透明電極可允許光輸出。如圖1（d）所示制備的器件在模擬水洗狀態下，依舊具有出色的機械性能。 

　　圖2. 透明金屬網格頂電極的光電性能和機械性能的表征 

　　本研究工作的重要亮點之一是引入了蛇形可拉伸金屬網格透明電極，該電極在550 nm處其透過率為77.16%，同時方阻低至134.4 mΩ/sq，僅為ITO電極方阻的0.5%。此外，該電極在拉伸100%時電阻變化僅為~10%，在經過長達8000次的彎折循環測試和50次的粘附力測試后，電極的阻抗幾乎不變。數據表明制備的透明金屬網格電極具有優異的機械穩定性，是織物發光顯示器件實現高穩定性的關鍵。 

　　圖3. 發光層的微觀形貌、力學表征和發光器件的靜態數據表征 

　　研究還對制備的彈性可拉伸TPU成分與發光及介質材料配比進行了系統評估，結合發光層的力學性能和發光器件的靜態數據，得出最優的發光層為TPU：ZnS/Cu：BaTiO₃三者的質量比為8：20：4，基于此比例，還系統研究了驅動電壓和頻率對器件發光亮度和顏色的關系。 

　　圖4. 發光器件的機械性能的表征 

　　研究者對器件的發光性能進行了系統全面的表征，包括機械耐久性、高溫高濕環境下的穩定性、耐水洗性以及物理損壞，如圖4所示，器件在各種拉伸條件下仍保持著穩定的性能；研究還展示了該織物藍、綠、黃多色發光LOGO器件及其自由可裁剪及抗針刺能力，并實現了織物面料上芯片驅動的智能動態化數字動態顯示。該研究成果證明了在織物面料表面構建高機械穩定性和環境適應能力的發光顯示器件與電路結構的可行性，為未來柔性織物可穿戴電子系統的發光顯示部件提供了一種新的解決方案。 

　　相關工作以Thermally Laminated Lighting Textile for Wearable Displays with High Durability為題發表在ACS Applied Materials & Interfaces上。中科院蘇州納米所碩士研究生林勇（已畢業，現為南京大學在讀博士生）和博士后陳小連為文章共同第一作者，通訊作者為袁偉副研究員和蘇文明研究員；本工作還得到了南京大學現代工程與應用科學學院孔德圣教授團隊的大力幫助。 

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