近期,蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院劉偉教授(原芝加哥大學(xué)Pritzker分子工程學(xué)院)與王思泓教授團(tuán)隊(duì)在可拉伸有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)領(lǐng)域取得重要突破。針對(duì)長(zhǎng)期以來(lái)制約器件效率的電子注入瓶頸,研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)分子設(shè)計(jì)與界面工程協(xié)同策略,開(kāi)發(fā)了一種兼具高拉伸性與理想能級(jí)匹配的聚合物電子傳輸層,并創(chuàng)新性地構(gòu)建了基于液態(tài)金屬脆化效應(yīng)的可拉伸鋁陰極,成功實(shí)現(xiàn)了高效電子注入。
2025年11月26日,相關(guān)成果以“Enabling efficient electron injection in stretchable OLED”為題發(fā)表于《Nature Materials》(Nat. Mater. 2025, DOI: 10.1038/s41563-025-02419-z)。文章第一作者為劉偉博士,共同第一作者為張成、張智銘博士。通訊作者為Juan J. de Pablo教授與王思泓教授。
可拉伸OLED作為柔性顯示與電子皮膚的關(guān)鍵技術(shù),其性能長(zhǎng)期受限于缺乏高效的電子注入路徑。傳統(tǒng)小分子電子傳輸材料和低功函金屬陰極雖能實(shí)現(xiàn)高效率,但不具備本征可拉伸性;而現(xiàn)有可拉伸導(dǎo)體(如銀納米線、PEDOT:PSS等)往往功函過(guò)高,難以有效注入電子,且易導(dǎo)致激子淬滅。為解決這一矛盾,研究團(tuán)隊(duì)首先設(shè)計(jì)并合成了一系列基于三嗪?jiǎn)卧c柔性烷基鏈交替共聚的離散型聚合物電子傳輸層(PTG系列)。該類材料不僅具有合適的LUMO能級(jí)(~ ?3.2 eV)和高電子遷移率,其主鏈扭曲結(jié)構(gòu)還賦予其高達(dá)2.76 eV的三重態(tài)能級(jí)(T?),顯著高于傳統(tǒng)PFN-Br(< 2.4 eV),從而有效抑制激子非輻射損失。其中,PTG75D在保持>100%斷裂應(yīng)變的同時(shí),使OLED外量子效率(EQE)提升至9–10%,是PFN-Br體系的4倍以上(圖1, 圖2,圖3)。

圖1:實(shí)現(xiàn)可拉伸OLED的高效電子注入的設(shè)計(jì)策略。

圖2. 可拉伸電子傳輸材料(PTG系列)的基本性能表征。

圖3. 可拉伸電子傳輸材料(PTG系列)的力學(xué)性能。
在陰極方面,團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑,利用液態(tài)金屬脆化效應(yīng)(Liquid Metal Embrittlement, LME),將新發(fā)展的AlGaIn合金涂覆于蒸鍍鋁薄膜表面,誘導(dǎo)其沿晶界滲透形成可控微裂紋網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)集成于彈性基底時(shí),該結(jié)構(gòu)可通過(guò)裂紋滑移耗散機(jī)械應(yīng)變,使原本脆性的鋁膜獲得非常優(yōu)異的可逆拉伸能力,同時(shí)保留其低功函(~2.9 eV)、高反射率(>90%)及優(yōu)異的電子注入性能——電流密度較AgNW/PEDOT:PSS體系高出四個(gè)數(shù)量級(jí)( 圖4)。

圖4. 基于液態(tài)金屬脆化機(jī)制的可拉伸鋁陰極。
將上述PTG75D電子傳輸層與脆化鋁陰極集成于全可拉伸熱激活延遲熒光(TADF)OLED中,器件在僅3.5 V電壓下啟亮,最大EQE達(dá)8%,電流效率25.3 cd/A,性能媲美對(duì)應(yīng)剛性OLED。該策略亦適用于熒光體系(如Super Yellow),啟亮電壓低至2.25 V,EQE達(dá)3.8%(圖5)。

圖5. 高效可拉伸OLED。
該工作是團(tuán)隊(duì)在本征可拉伸光電材料與器件領(lǐng)域系列進(jìn)展中的重要突破。長(zhǎng)期以來(lái),可拉伸OLED的性能受限于電荷注入不平衡,尤其是電子注入效率低下。團(tuán)隊(duì)通過(guò)分子工程與微結(jié)構(gòu)調(diào)控相結(jié)合的策略,首次在器件層面彌合了可拉伸與剛性OLED之間的性能鴻溝,為發(fā)展下一代高性能、皮膚兼容的顯示與光電子技術(shù)提供了關(guān)鍵材料與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。此前,團(tuán)隊(duì)在發(fā)展可拉伸熱活化延遲熒光發(fā)光材料(Nat. Mater. 2023, 22, 737)方面已取得系列成果。
論文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41563-025-02419-z
作者簡(jiǎn)介:
文章第一作者劉偉博士已經(jīng)回國(guó)任職蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院教授,PI,課題組主頁(yè):https://nano.suda.edu.cn/liuw/。課題組常年招收碩、博研究生,歡迎優(yōu)秀博士后加入,經(jīng)費(fèi)充足,待遇豐厚。有意者請(qǐng)聯(lián)系郵箱:wei6@suda.edu.cn
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