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黄维院士、于海东和刘举庆教授团队:以“鳞”为基,构筑柔性发光技术绿色发展新路线
2020-03-25  来源:高分子科技

  我国渔业经济总产值约26000亿元,其中淡水鱼产量占世界总产量的60%以上。加工有鳞鱼时会产生40%以上的下脚料,其中鱼鳞占1~3%。研究表明,鱼鳞中含有大量胶原蛋白,是一种天然明胶的来源。明胶具有良好的凝固性、成膜性和生物相容性等特点,可以广泛应用于食品、医药和照相等行业。鱼鳞被废弃不仅浪费资源还污染了环境。如果能够从鱼鳞中提取鱼明胶不仅可以促进鱼鳞废料的综合利用而且在很多领域都有很好的应用前景。

  南京工业大学先进材料研究院的黄维院士、于海东和刘举庆教授团队从鱼鳞废料中提取出鱼明胶制备成透明薄膜,研制出了高性能的鱼明胶基底的柔性交流电致发光(ACEL)器件,如图1所示。不仅充分发掘了鱼鳞在新兴柔性电子领域的独特优势,也为其他柔性电子器件的基底选择提供了一条新思路。


图1:由鱼鳞制备ACEL器件的示意图。


  利用鱼明胶制得的透明薄膜具有优异的透光率和表面平整度。在可见光范围内透光率高达91.1%、表面粗糙度低至0.5 nm,可以媲美商业化的PET薄膜。鱼明胶薄膜还具有良好的柔韧性,不但可以随意弯曲、扭转,还能够根据需要折叠成不同的形状。鱼明胶薄膜不怕有机溶剂腐蚀,在乙醇、丙酮、四氢呋喃、氯苯等有机溶剂中浸泡24 h后仍然能够保持原来的形态。因此,鱼明胶薄膜是交流电致发光器件、有机场效应晶体管、钙钛矿太阳能电池等柔性电子器件的理想基底材料。


  与传统塑料基底相比,鱼明胶薄膜还具有可循环使用、易降解、生物相容性好等优点。为了验证鱼明胶薄膜的可循环使用特性,我们将制备好的鱼明胶薄膜在温水中溶解,再将得到的鱼明胶溶液倒入塑料培养皿中,干燥成型后可以得到全新的鱼明胶薄膜。如此循环制取多次后,鱼明胶薄膜的可见光的透光率仍然可以保持在~90%。此外,废弃后的鱼明胶薄膜可以在土壤中自行生物降解。实验表明,埋入土壤的鱼明胶薄膜可以在24天内完全降解,如图2所示。


图2:鱼明胶薄膜的透光率、可循环利用特性和生物降解性能。


  将银纳米线(Ag NWs)沉积在鱼明胶薄膜表面,制备出了基于鱼明胶薄膜的柔性透明电极。该电极弯曲500次后其可见光透射率仍然高达82.3%,方阻可以低至22.4Ωsq-1,具有优良的抗弯曲特性。将该薄膜电极与LED灯泡串联后发现,把薄膜电极弯曲成不同程度时LED灯泡仍能持续发光,说明薄膜电极具有极好的导电稳定性,将其用于交流电致发光器件中可以确保稳定的电信号输出。


  使用旋涂法在Ag NWs电极表面增涂发光层,并利用Ag NWs作为器件的顶电极,可以制备一种持续发光的柔性交流电致发光器件。由SEM横截面图可以看出(如图3所示),整个器件是一个典型的三明治结构,功能层之间连接紧密。区别于传统的单面发光器件,制备的这个柔性器件可以正反两面发光。在300 V和400 Hz的条件下,发光强度高达56 cd m-2。器件还具有优良的抗弯曲性能,连续弯曲1000次后其发光强度没有明显下降。将该器件浸泡于80 ℃热水中,3分钟内可以完全溶解,表明这是一款环保的光电产品。


图3:基于鱼明胶导电电极的交流电致发光器件结构及性能。


  该研究以Sustainable and Transparent Fish Gelatin Films for Flexible Electroluminescent Devices为题近日发表在ACS Nano 上, DOI: 10.1021/acsnano.9b09880。


  文章作者:Xiaopan Zhang(张晓盼), Tengyang Ye(叶腾阳),  Xianghao Meng(孟祥皓), Zhihui Tian(田志辉), Lihua Pang(庞丽华), Yaojie Han(韩尧杰), Hai Li(李海), Gang Lu(吕刚), Fei Xiu(修飞), 通讯作者:Hai-Dong Yu(于海东)*, Juqing Liu(刘举庆)*,Wei Huang(黄维)*。


  论文链接:https://doi.org/10.1021/acsnano.9b09880

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(责任编辑:xu)
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