[发明专利]一种可穿戴柔性耐低温的自驱动电致发光系统及其构建方法

说明书

本发明公开一种可穿戴柔性耐低温的自驱动电致发光系统及其构建方法。其中电致发光器件由自愈合和高电导率水凝胶作为上下两电极、夹心ZnS:Cu荧光粉嵌入聚偏氟乙烯‑六氟丙烯（PVDF‑HFP）弹性体为发光层所组成，将该电致发光器件和由硅胶封装甘油/KI溶液作为液态电解质构建的摩擦纳米发电机集成形成了可穿戴柔性耐低温的自驱动电致发光系统。所构建的自驱动电致发光系统具有可拉伸性（200%）和长期耐冻性。在‑20℃低温下储存六个月后，该系统仍能发射明亮的蓝绿光，并且该系统能够穿戴在人体不同部位，由穿戴的摩擦纳米发电机采集生物机械能转换为电能用于驱动并点亮电致发光器件。

技术领域

本发明属于可穿戴柔性光电技术领域，特别涉及一种可穿戴柔性耐低温的自驱动电致发光系统及其构建方法。

背景技术

近年来，交流电驱动的电致发光器件由于其易于集成到110/220 V、50/60 Hz的交流电源系统中而无需复杂的后端电子器件处理，可作为直流驱动的有机发光二极管的潜在替代品从而引起了广大研究者的兴趣。然而，目前报道的电致发光器件大多使用外加的交流电源对其供电，整体设备比较复杂，很难实现整个器件的可穿戴性，限制了电致发光器件在实际生活中的进一步应用。使用摩擦纳米发电机作为电致发光器件的供电装置，将人们日常生活中产生的能量收集起来对电致发光器件供电，减少了传统能源的消耗。

电致发光器件作为一种重要的显示器件，在电子设备、柔性显示器、可穿戴设备以及家用电器等领域都有着十分广泛的应用。传统的电致发光器件一般都使用碳纳米管、银纳米线、石墨烯等和柔性弹性体混合形成的薄膜作为导电电极。然而，使用这种导电电极的成本很高，而且在大应变的下，电阻会急剧的增加，导致发光器件失效。另一方面，为了满足可以在实际生活中的应用，电致发光器件需要在恶劣的情况下仍能正常工作，因此研究开发一种可穿戴柔性耐低温的自驱动电致发光系统，具有重要的实际应用意义。

发明内容

本发明提供了一种可穿戴柔性耐低温的自驱动电致发光系统及其构建方法，所述的电致发光器件的构建方法主要解决现有技术中制备的电致发光器件在低温情况下难以正常工作的问题。

为了解决上述的问题，本发明采用的技术方案是：

一种可穿戴柔性耐低温的自驱动电致发光系统的构建方法，包括如下步骤：

（1）柔性耐低温电致发光器件的制备：

a. 将明胶和NaCl溶于去离子水中，将所得的混合物加热至55~65℃并搅拌至完全溶解，将混合溶液倒入模板中，放置冰箱中冷冻使其成型；其中，明胶和NaCl质量比为1:1.17，每1g明胶需要9mL水；

b. 将甘油和水以1:1的质量比混合后加入柠檬酸钠，搅拌均匀，柠檬酸钠占甘油和水总质量的18~22%；

c. 将步骤a中冷冻成型的水凝胶膜取出，浸泡到步骤b中的溶液中2.5小时~3.5小时；

d. 将聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）颗粒溶解于丙酮中，接着在丙酮中加入ZnS:Cu粉末，将所得的混合物搅拌至少6小时，最后将混合溶液倾倒在模板中，在室温下干燥后，从模板中剥离得到复合发光层；PVDF-HFP颗粒和ZnS:Cu粉末的质量比为1:1~1.6；每0.5gPVDF-HFP颗粒需要3mL丙酮；优选地，ZnS:Cu粉末的用量为0.6 g，PVDF-HFP颗粒的质量为0.5 g，ZnS:Cu粉末的粒径为14.5±0.2 µm。

e. 取步骤c中所得的电极和步骤d中的发光层组成电极/发光层/电极三层夹心结构，该三层夹心结构即为柔性耐低温的电致发光器件；

（2）可穿戴耐低温摩擦纳米发电机的制备：

S1. 将混合均匀的液体硅胶和其配套的固化剂倾倒在模具中，放置在室温中固化形成一中部为凹陷的硅胶；

S2. 将S1制备的硅胶从模具中剥落下来，在有凹陷的一面放置一根铜线，铜线伸出硅胶外，然后将两片带有凹陷的硅胶片用液体硅胶密封在一起，中部形成空腔；