气溶胶喷涂实现米级超大面积柔性电致发光器件的突破

《Advanced Science》：Meter-Scale Ultra-Large-Area Flexible Electroluminescent Devices Enabled by Aerosol Spraying

本文报道了一种通过气溶胶喷涂改性荧光墨水制备米级超大面积柔性交流电致发光（ACEL）器件的创新方法。通过表面活性剂（AES）对ZnS:Cu荧光颗粒进行表面修饰，显著提升了墨水分散性和成膜均匀性。所制备器件展现出近500 cd·m?2的高亮度（小尺寸）和1.44 m2超大面积的303.3 cd·m?2亮度，兼具优异柔韧性、高温高湿稳定性和水下工作能力，成功应用于工业无人机夜间自主起降导航平台，为低空经济物流系统提供了关键技术支撑。

　　

气溶胶喷涂技术突破米级ACEL器件制备瓶颈

柔性交流电致发光（ACEL）器件因其简单的制造工艺、优异的机械柔性和长寿命，在柔性显示和固态照明领域展现出巨大潜力。然而，传统制备方法如旋涂、刮刀涂布和喷墨打印在大面积均匀成膜方面存在局限，难以实现米级尺寸器件的制备。

表面改性策略解决墨水分散难题

研究团队创新性地采用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）表面活性剂对ZnS:Cu荧光颗粒进行表面化学修饰。AES分子的末端-SO₄^?阴离子基团与ZnS:Cu颗粒表面的羟基形成稳定化学键，在颗粒表面锚定长链分子，产生空间位阻效应，有效抑制了颗粒团聚。傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实了AES分子与颗粒表面的成功键合。

全喷涂工艺实现器件集成

采用完全气溶胶喷涂工艺，依次在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底上沉积铜导电层、钛酸钡（BaTiO₃）介电层、改性ZnS:Cu荧光层和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT:PSS）透明顶电极，形成平面叠层器件结构。扫描电子显微镜（SEM）显示各功能层界面清晰，厚度可控。

卓越光电性能与环境稳定性

器件在300 V、10 kHz驱动下实现近500 cd·m^?2的亮度，1.2 m × 1.2 m超大器件亮度达303.3 cd·m^?2。电致发光亮度随电压和频率增加而显著提升，发射峰随频率增加从499 nm（绿色）蓝移至456 nm（蓝色）。器件在高温（85°C持续12小时亮度保持96.5%）、反复弯折（1000次循环）和水浸环境下均表现出优异稳定性。

电场模拟揭示性能增强机制

有限元模拟表明，改性墨水制备的发光层中荧光颗粒分布均匀，电场集中分布在颗粒上下两极，电荷分离效率提高。而原始墨水颗粒团聚导致电场分布不均，影响亮度均匀性。模拟还证实电场强度与器件面积无关，为超大面积应用提供理论依据。

无人机导航应用验证实用性

研究团队将1.44 m2 ACEL器件设计为三级快速响应（QR）码图案的导航标志，用于工业无人机夜间自主起降。实验表明，当器件亮度达到100 cd·m^?2以上时，无人机夜间着陆准确率接近100%，显著优于传统黑白纸质导航标志。

结论与展望

该研究发展的气溶胶喷涂技术和表面改性策略为制备超大面积柔性ACEL器件提供了可行方案，在低空经济、户外显示和特殊环境照明等领域具有广泛应用前景。表面活性剂工程策略还可进一步推广至量子点、有机材料等发光体系，促进均匀发光层制备和器件性能提升。