ListControl 拉伸_《自然·材料》：本征可拉伸电致发光弹性体，无线供电点亮软体机器人...

近年来，可拉伸电子器件发展迅速，成长为一个全新的科研大方向。拉伸发光显示器件是其中的重要组成部分，是整个可拉伸电子系统的信息输出窗口。可拉伸发光器件有多种制备方法，主要分为基于可拉伸电路的发光器件和本征可拉伸发光器件。本征可拉伸发光器件要求整个器件都具备承受大应变的能力，要求较高。ZnS:X颗粒施加交流电场即可发光，掺杂在弹性体即可实现可拉伸发光层，非常适合用来制备本征可拉伸电致发光器件。自2014年以来，ZnS:X掺杂在PDMS体系中是最常见的可拉伸发光材料。然而，PDMS等硅橡胶材料介电常数较低，导致发光亮度不高。为了解决这一问题，先后有文章报道掺杂高介电陶瓷颗粒，使用高介电热塑性弹性体等方法提高发光层的介电常数。2018年，复旦大学彭慧胜等人还首次报道了自治愈的可拉伸发光器件，器件在被剪切破坏后，经过自愈合还能再次实现拉伸状态的发光显示。

通过以上简短的介绍，我们可以知道本征可拉伸发光器件的终极要求是需要一种同时具备高介电常数，大拉伸应变和可治愈能力的弹性体。新加坡国立大学材料系Benjamin C. K. Tee等人使用了一个简单的方法首次制备出了这一理想弹性体，同时实现了以上功能。作者在PVDF基弹性体中加入少量含氟活性剂，提高了弹性体的介电常数和拉伸能力，同时也得到了可自治愈能力。

1. 发光亮度

该种弹性体具有很高的介电常数，远远高于普通的PDMS/Ecoflex等硅橡胶体系，也比普通的PVDF基弹性体介电常数要高。随着添加剂的比例改变，介电常数可在10到27之间调节。得益于介电常数的提高，基于该种弹性体制备的发光器件具有超高的发光亮度。开启电压为23V，电场为 0.3 V µm⁻¹，在40V到100V之间即可达到足够高的亮度。在电压为200V，对应电场为2 V µm⁻¹，可达到普通智能手机屏幕的最大亮度270 cdm⁻²

2. 自治愈拉伸性能

作为一种超分子聚合物，该弹性体具有20%的弹性应变区和906 ± 58%的塑性应变区，弹性模量分别为1.06 ± 0.08 MPa和0.21 ± 0.10 MPa。该弹性体具有优良的透光率，添加剂的加入对整体弹性体的透光率影响不大。在-20 °C 下，该弹性体仍然具有一定的自治愈能力，加热到50 °C 后自治愈能力大幅度增强。

3. 大拉伸自治愈发光

作者进一步展示了器件的自治愈发光能力。器件在多次剪切治愈后，发光亮度依然保持稳定，器件发光亮度稳定在89~128%之间。微观方法图，也展示了自治愈弹性体和PDMS弹性体剪切后的图片。并且得益于弹性体具备优秀的拉伸能力，发光在拉伸到10倍的条件下依然可以点亮。

4.发光机器人系统

最后作者将该发光器件与软体机器人结合，制备了可发光显示的软体机器人。得益于自治愈可拉伸发光器件的优良性能，机器人在被针扎破坏后，依然可以发亮。并且这种发光机器人还可以使用无线输电的方式点亮。基于高介电发光器件只需要较低的电压即可实现点亮，从而只需要较低的无线传输频率。普通的硅橡胶发光器件由于需要过高的电压超过无线充电的能力，从而很难实现这一功能。

这篇Nature materials 提出了一种高介电自治愈大可拉伸弹性体，并用于可拉伸发光领域。器件的发光亮度、拉伸性能、自治愈能力均有非常出色的表现。并且进一步和软体机器人大牛Robert F. Shepherd合作，制备了可发光的抓手，显示了高介电自治愈发光器件的巨大优势。

文章信息：

Tan, Y.J., Godaba, H., Chen, G. et al. A transparent, self-healing and high-κ dielectric for low-field-emission stretchable optoelectronics. Nat. Mater. (2019) doi:10.1038/s41563-019-0548-4