柔性织物可穿戴电子电路系统是未来人体健康监测的重要基础平台，在疏松多毛、多孔洞、高弹性、易形变服装织物上，不以牺牲元器件的光电性能及面料的质轻、柔软、透气等特性为代价，集成高柔韧度、高机械可靠性的导线及光电学元器件仍是当前面临的行业共性技术难题。
在织物面料表面构建电子器件与电路面临如下诸多挑战：第一，如何克服多孔粗糙表面，实现高导电、高精度、耐拉伸电极电路的制备？第二，如何在保证电学功能的前提下最大限度保留织物轻柔透气特性？第三，如何实现电路电子元器件具有与织物共形变的柔韧可拉伸特性，从而实现可水洗、耐揉搓等高耐久性？
针对上述挑战，中科院苏州纳米所印刷电子团队近年来在织物基柔性可穿戴电子器件方面取得了一系列进展，发展了基于银纳米线（AgNWs）和金属网格（Metal Mesh）的透明导电薄膜，成功应用于织物基可拉伸光电器件（ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 24074-24085; Adv. Electron. Mater. 2021, 2100611; Flex. Print. Electron. 2022, 7, 034002），并在印刷织物电路及器件方面做了大量工作（J. Mater. Chem. C, 2020, 8, 16798-16807; ACS Appl. Electron. Mater. 2021, 3, 1747-1757; Nano Res. 2022, 15，4590-4598），另外在织物基智能系统方面也进行了系列研究（ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29144-29155; Nano Res. 2022, DOI: 10.1007/s12274-022-5077-9.）
近日，针对印刷墨水中有机溶剂对织物造成破坏和残留问题，中科院苏州纳米所印刷电子团队袁伟副研究员等借鉴传统烫印技术，利用激光刻蚀结合热转印开发了一种全固态、可图案化、普适性的织物基交流电致发光器件（ACEL）制备方法。制备的织物发光器件具有优异的机械和耐洗涤性能，器件界面剥离强度高达700N/m，按照标准洗涤流程机洗5次后器件发光均匀性不受影响，亮度仅降低9.7%，在针刺和裁切等物理损伤下仍然保持正常的发光功能。此外，研究者还展示了蓝、绿、黄等多种彩色图案，并且演示了利用家用工具在织物上DIY发光logo的制备流程。最后，将制备的发光器件集成到服装上，实现了动态像素化数字演示。这种普适的织物发光器件加工技术的开发将进一步促进未来可穿戴显示器件的应用。
图1. 织物基ACEL器件的制备流程图、截面SEM和模拟水洗展示
在织物上制备ACEL器件的工艺流程如图1（a）所示。从底电极、发光层到透明顶电极，都预先结合激光雕刻技术制备好，具体步骤如下：第一步，在离型膜表面分别刮涂复合导电层和热熔胶层，利用激光雕刻技术进行图案化处理，热转印到织物表面，标记为1号和2号电极，其中1号电极与底电极相连，2号电极与随后的透明顶电极相连；第二步，在离型膜表面刮涂发光层，利用激光雕刻技术进行图案化处理，随后热压在底电极上；第三步，同样利用激光雕刻技术对透明顶电极进行图案化处理，随后热压在发光层上，透明顶电极覆盖整个发光层并与2号电极相连。该器件的工作原理是形成一个电容器结构，上下两层为电极，中间为发光层，顶部的透明电极可允许光输出。如图1（d）所示制备的器件在模拟水洗状态下，依旧具有出色的机械性能。
图2. 透明金属网格顶电极的光电性能和机械性能的表征
本研究工作的重要亮点之一是引入了蛇形可拉伸金属网格透明电极，该电极在550 nm处其透过率为77.16%，同时方阻低至134.4 mΩ/sq，仅为ITO电极方阻的0.5%。此外，该电极在拉伸100%时电阻变化仅为~10%，在经过长达8000次的弯折循环测试和50次的粘附力测试后，电极的阻抗几乎不变。数据表明制备的透明金属网格电极具有优异的机械稳定性，是织物发光显示器件实现高稳定性的关键。
图3. 发光层的微观形貌、力学表征和发光器件的静态数据表征
研究还对制备的弹性可拉伸TPU成分与发光及介质材料配比进行了系统评估，结合发光层的力学性能和发光器件的静态数据，得出最优的发光层为TPU：ZnS/Cu：BaTiO3三者的质量比为8：20：4，基于此比例，还系统研究了驱动电压和频率对器件发光亮度和颜色的关系。
图4. 发光器件的机械性能的表征
研究者对器件的发光性能进行了系统全面的表征，包括机械耐久性、高温高湿环境下的稳定性、耐水洗性以及物理损坏，如图4所示，器件在各种拉伸条件下仍保持着稳定的性能；研究还展示了该织物蓝、绿、黄多色发光LOGO器件及其自由可裁剪及抗针刺能力，并实现了织物面料上芯片驱动的智能动态化数字动态显示。该研究成果证明了在织物面料表面构建高机械稳定性和环境适应能力的发光显示器件与电路结构的可行性，为未来柔性织物可穿戴电子系统的发光显示部件提供了一种新的解决方案。
相关工作以Thermally Laminated Lighting Textile for Wearable Displays with High Durability为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。中科院苏州纳米所硕士研究生林勇（已毕业，现为南京大学在读博士生）和博士后陈小连为文章共同第一作者，通讯作者为袁伟副研究员和苏文明研究员；本工作还得到了南京大学现代工程与应用科学学院孔德圣教授团队的大力帮助。
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