多色可拉伸交流电致发光（ACEL）器件有望应用于下一代柔性可穿戴电子设备，然而传统的色转换材料往往受限于成本高、工作稳定性差以及结构复杂等问题。

针对上述问题，浙江理工大学胡毅教授团队以对苯二甲醛和对苯二乙腈为原料，合成了发射光谱覆盖黄至红光区域的固态碳点（CDs）。这些碳点在交流电场下展现出优异的荧光稳定性，在持续工作96小时后色转换效率仍保持85%以上，且在96小时紫外照射下具有出色的抗光降解性能，证明其适用于交流驱动的电致发光系统。研究人员构建了一层集成碳点作为色转换中心的电纺功能层，实现了结构简化的多色交流电致发光架构。通过调节碳点浓度和驱动频率，发光颜色可从蓝色连续调控至白色（CIE：0.30, 0.33）、橙色和绿色。研究表明，碳点的介电特性对内部电场分布起到关键调控作用。值得注意的是，引入黄色发射碳点后，亮度提升了26.60%，同时实现了高效的色转换。此外，该器件与电阻式传感器及蓝牙芯片集成后，可实现人体关节运动的实时可视化监测。本研究为开发多功能可拉伸交流电致发光系统提供了一种通用策略，凸显了其在智能可穿戴电子、健康监测和人机交互领域的巨大应用潜力。相关研究内容以“Multifunctional Solid-State Carbon Dots Enabling Multicolor Stretchable AC Electroluminescent Devices for Intelligent Human Motion Monitoring”为题目，发表在期刊《Advanced Functional Materials》上。

图1 ACEL 器件的结构、光学特性及应用。(a) 多色可拉伸 ACEL 器件的结构概览。(b) 碳点在 ACEL 器件中实现色转换与介电调控的双重机制。(c) 底电极电阻随膝关节弯曲角度的变化情况。插图展示了对应膝关节弯曲角度下器件的工作状态。(d) 可感应电阻变化的电致发光驱动控制面板。(e) 应用于人体运动监测的多色可拉伸 ACEL 器件应用场景模拟。

图2 ACEL 器件的制备与优化。传统（a）与静电纺丝纳米纤维状（b）发光层的表面扫描电镜及对应接触角图像。（c）水浴超声处理前后，镓铀合金在纳米纤维发光层上的扫描电镜及对应能谱图像。（d）镓铀合金底电极的应变测试。插图：电极分别处于 0%、50% 和 100% 应变时的照片。应变定义为（L–L0）/L0，其中 L0 为原始长度，L 为拉伸长度。比例尺：1 厘米。（e）不同拉伸应变下 ACEL 器件的亮度保持率。插图：器件从 0% 应变拉伸至 100% 应变的照片。比例尺：1 厘米。（f）热塑性聚氨酯中不同分子链段排列的示意图。（g）静电纺丝参数优化前后热塑性聚氨酯纳米纤维膜的差示扫描量热曲线。（h）参数优化前后纳米纤维发光层的透光率。插图：对应器件的亮度。比例尺：1 厘米。（i）不同频率和电压设置下 ACEL 器件的亮度变化。（j）机械应力测试：扭转、卷曲、固定与剪切。

图3 碳点的结构测试与表征。(a) 氧掺杂碳点（O-CDs）和黄原酸酯改性碳点（Y-CDs）的透射电子显微镜（TEM）图像。氧掺杂碳点（O-CDs）(b) 和黄原酸酯改性碳点（Y-CDs）(c) 的归一化激发峰与光致发光（PL）光谱，以及可见光和365纳米紫外光下的实物照片。(d) 两种碳点的傅里叶变换红外光谱（FTIR）。氧掺杂碳点（O-CDs）的高分辨率碳1s (e)、氧1s (f) 和氮1s (g) 光谱。黄原酸酯改性碳点（Y-CDs）的高分辨率碳1s (h)、氧1s (i) 和氮1s (j) 光谱。(k) 两种碳点的荧光寿命。

图4 碳点的介电特性及其对交流电致发光（ACEL）器件的影响。比例尺：1厘米。（a）不同颗粒与发光层的介电常数。（b）碳点代表性分子结构的静电势模拟。（c）不同颗粒与发光层的介电损耗。（d）将热塑性聚氨酯-碳点（TPU&CDs）视为均质介质时器件内部电场分布的模拟。（e）三种颜色器件的亮度对比。

图5 多色 ACEL 器件。(a) 器件颜色转换机制。(b) 不同驱动频率下碳点紫外吸收光谱与硫化铜锌电致发光光谱的重叠情况。(c) 碳点嵌入发光层表面的荧光显微镜图像。(d) 不同碳点浓度的交流电场致发光器件的电致发光光谱及(e) 相应的国际照明委员会色度坐标。(f) 交流电场致发光器件的颜色由碳点浓度和驱动频率协同调控。

图6 CDs和ACEL器件的稳定性。比例尺：1厘米。(a) CDs的pH稳定性测试。CD复合纳米纤维的双85℃/85%相对湿度湿热测试(b) 以及ACEL器件的(c)。插图：测试前后的器件。(d) 耐洗测试。插图：180分钟洗涤前后的器件。50%应变循环(e)和100%应变循环(f)后器件的亮度稳定性。插图：应变前后的器件。(g) 含O-CDs和Y-CDs的ACEL器件的抗紫外测试。插图：96小时紫外照射前后的器件。(h) O-CDs和Y-CDs在96小时紫外照射前后的傅里叶变换红外光谱。不同驱动频率下连续工作12小时后，蓝色(i)、绿色(j)、白色(k)和橙色(l)ACEL器件的亮度稳定性。(m) 白色和橙色ACEL器件在不同驱动频率下连续工作12小时前后的电致发光光谱。

图7 集成电阻传感的多色可拉伸交流电致发光器件。(a) 集成电阻传感的多色可拉伸交流电致发光器件示意图。(b) 集成电阻传感、视觉显示和蓝牙传输用于运动监测的智能电子服装示意图。比例尺：10厘米。(c) 集成电阻监测与蓝牙传输的交流电致发光器件电路框图。(d) 通过蓝牙进行无线电阻数据传输。插图：膝关节弯曲。(e) 蓝牙传输下膝关节弯曲100次循环过程中交流电致发光器件的电阻变化。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.77166