哈佛大学与南科大共同研究离电发光纤维织物

水凝胶离子电子学是使用水凝胶作为离子导体，并使用疏水性弹性体作为电介质的新兴学科。在各种制造过程中将水凝胶和疏水性弹性体整合在一起，并具有牢固、可拉伸和透明的黏合力是水凝胶离子电子学最大挑战。日前，哈佛大学锁志刚院士与南方科技大学杨灿辉设计了一种多步浸涂工艺，以实现多种配置的水凝胶离子电子学器件。该工艺将水凝胶和疏水性弹性体结合在一起，具有很强的附着力，且不会损害可拉伸性和透明度。相关工作以“Ionotronic Luminescent Fibers, Fabrics, and Other Configurations”为题发表在《Adv. Mater.》上。

离电发光纤维

研究从同轴结构的离电发光纤维开始，它由水凝胶芯、发光层、水凝胶层和弹性体层组成。当电源在水凝胶核心和水凝胶层之间施加交流电压时，极性相反的离子会定期在水凝胶/弹性体界面上积聚，在发光层中产生交替的电场，并在荧光粉颗粒中产生电子-空穴对。弹性体和水凝胶是透明的，因此可以发光。具体来说，通过多步浸涂法，使用包含氯化锂作为离子导体的聚丙烯酰胺（PAAm）水凝胶，分散有掺杂铜的硫化锌（ZnS：Cu）颗粒的聚（二甲基硅氧烷）（PDMS）作为发光层，PDMS作为介电层以及硅烷作为偶联剂。

离电发光纤维物

研究人员比较了两个步骤：在水凝胶上浸涂一层弹性体和在弹性体上浸涂一层水凝胶。发现弹性体前驱液可以在水凝胶表面自发地铺展开，而水则在未处理的弹性体表面形成水珠。但经过硅烷偶联剂底涂工艺处理后，水也可以在弹性体表面铺展开。

表面表征

离电发光纤维的性能

研究人员将两条金属线连接到电源。电源的电压除以发光层的厚度定义了标称电场。在脉冲电场的作用下，光纤发亮和灭光。离电发光纤维是可拉伸的，并在变形下保持其亮度。在将其拉伸到初始长度的1.5倍，经过10000次循环后，纤维保持其峰值应力和亮度。

离电发光纤维的性能

各种水凝胶离电发光器件

水凝胶的柔软性和可拉伸性，水凝胶与弹性体之间的强粘合性以及浸涂的广泛适用性，共同使复杂形状的水凝胶离电发光器件成为可能。研究人员通过将两种类型的纤维组装成行和列来制造离电发光织物。进一步的，制造了一个发光环，该发光环包含发光层，PAAm水凝胶和PDMS弹性体的封闭圆柱壳，以及具有笼状结构的发光手提包。最后，通过将不同的ZnS颗粒用于发光层还可以制作多色纤维。

各种水凝胶离电发光器件