基于阳离子铱配合物的柔性可拉伸发光电化学池的设计与性能研究

Stretchable light-emitting devices are becoming increasingly important in the fast-growing fields of wearable displays, bio-medical devices and health-monitoring technology. Although highly stretchable light-emitting devices have been demonstrated, their luminous efficiency and mechanical stability remain impractical for the purposes of real-life applications. In this program, we will develop the conductive composites that are intrinsically stretchable, typically by filling elastomers with conductive particles, or by depositing conductive particles on or just beneath the surface of elastomers and to explore the optimal design of the stretchable electrode and the best preparation process conditions. We will also design and synthesis of iridium(III) complexes with high luminescence efficiency and current carrier mobility by introducing the appropriate hole-transpoting moieties into the materials via different bridging linker. Based on these obtained results, the light-emitting electrochemical cells (LEC) are prepared by spin coating, doctor-blade coating and printing technique. The optimum device structure was designed with the stretchable conductive material as the electrode and the iridium complex as the luminescent material. The relationship between the material selection and the micro-structure of the electrode layer and the light-emitting layer can be studied, and the LEC device with stable operation and high efficiency can be obtained. This work paves the way towards fully stretchable light-emitting electrochemical that can be used in wearable electronic devices.

可穿戴电子产品、生物医学装置和健康监测技术领域的快速增长，使得可拉伸发光显示变得越来越重要。近年来，高度可拉伸的发光器件虽有报道，但其发光效率低和机械稳定性差限制了在实际中应用，目前对可拉伸柔性发光显示器件的研究仍处于初级探索阶段。本项目拟开发在弹性体上沉积导电颗粒产生本身可拉伸导电复合材料，探索可拉伸电极最优化设计及最佳制备工艺条件。此外，在前期工作基础上，拟通过不同的桥连方式将合适的空穴/电子单元引入到材料体系，获得系列高发光效率、较好载流子传输性能的阳离子铱配合物，以期实现柔性可拉伸的同时，实现高效发光。在此基础上，以可拉伸导电材料为电极，铱配合物为发光材料，采用旋涂、刮涂和打印技术制备发光电化学池LEC器件。研究可拉伸电极层和发光层的材料选择及微观结构与器件电学性能之间的联系，获得可稳定工作高效率可拉伸的LEC器件。此工作为可拉伸发光电化学池在可穿戴电子设备中的应用奠定坚实的基础。

发光电化学池（LEC）作为新型的发光器件，相对于传统有机发光二极管，具有器件结构简单、驱动电压低和对封装要求不高等优点，在固态照明和可穿戴设备、智能标签等领域具有潜在的应用前景。阳离子铱配合物因其磷光发射、发光颜色易调节和易合成提纯等优势成为LEC光电材料中的明星材料。可穿戴电子产品、生物医学装置和健康监测技术领域的快速增长，使得柔性发光显示变得越来越重要。近年来，柔性可拉伸的发光器件虽有报道，但其发光效率低和机械稳定性差限制了在实际中应用，目前对柔性可拉伸发光显示器件的研究仍处于初级探索阶段。本项目通过不同的桥连方式将合适的空穴/电子单元引入到材料体系，获得系列高发光效率、较好载流子传输性能的阳离子铱配合物，以期实现柔性的同时，实现高效发光。开发在柔性基底上沉积导电颗粒为柔性电极，探索柔性电极最优化设计及最佳制备工艺条件，在此基础上，以柔性导电材料为电极，铱配合物为发光材料，采用旋涂、刮涂和打印技术制备发光电化学池LEC器件。研究柔性电极层和发光层的材料选择及微观结构与器件电学性能之间的联系，获得可稳定工作高效率柔性LEC器件。本项目选用三氮唑类为辅助配体的阳离子铱配合物为发光材料，采用JETLAB-II 喷墨打印机利用打印技术，我们成功地打印了分辨率为每英寸73像素(ppi)符合60英寸超高清电视标准的LEC发光器件，且器件最大亮度为3400 cd/ m2；还合成双核阳离子铱配合物绿色发光的单层非掺杂器件的外部量子效率（EQE）为11.6 ％，电流效率（CE）为40.0 cd/A，橙色发光的器件的EQE为12.9％和CE为38.4 cd/A，是迄今为止报道的溶液处理单层非掺杂器件的最高效率，甚至可以与大多数报道的多层掺杂器件相媲美；此合成新型红光阳离子铱配合物并制备了柔性红光和白光LEC器件，实现了目前以金属铱配合物为发光材料最好的柔性LEC器件效率，其中白光LEC的电流效率和外量子效率分别为13.50 cd/A和6.86 %；这些工作为柔性发光电化学池在可穿戴电子设备中的应用奠定坚实的基础。