Nano Res.[器件]│郑州大学金刚石光电材料与器件课题组：用于轨迹识别的自供能柔性余 ...

背景介绍

自供能显示系统通过将交流电致发光（ACEL）器件与摩擦纳米发电机（TENGs）相结合，在人机交互、智能显示以及物联网（IoT）中的安全通信领域展现出巨大潜力。然而，由于TENGs的脉冲输出特性会产生不良闪烁，严重制约了其发展。

成果简介

本研究在基于ZnS:Cu的ACEL器件中引入了高性能的余辉型荧光粉——(Ca0.25Sr0.75）S:Eu，成功克服了这一瓶颈，使材料的余辉寿命延长至81秒，并实现了持续超过200秒的红色发光。与摩擦纳米发电机集成后，构建的自供能余辉显示系统可维持亮红色发光超过15秒。此外，断电后的余辉强度变化还能有效区分物体的运动方向（前进或后退），从而实现对运动轨迹的记录与识别。这一成果已通过地面安装的TENGs驱动余辉型显示阵列得到验证。这一创新策略为开发先进的自供能显示系统开辟了全新路径，同时也为其在物联网领域的广泛应用拓展了更多可能性。

图文导读

图1 余辉发光材料的结构与特性。(a-b)ACEL器件发光层中余辉发光材料的示意图及其作用机制。(c)余辉磷光体的光致激发光谱与基于ZnS:Cu的ACEL器件电致发光光谱的重叠情况。(d-e)在365 nm紫外光下的光致发光光谱，以及紫外光（365 nm）照射后余辉发光材料的实物照片，比例尺：1 cm。

图2 余辉型ACEL器件的性能表现。（a）余辉型ACEL器件的三维示意图，由两层透明电极及作为发光层的余辉性发光薄膜构成。（b-d）在不同电压、ZnS:Cu荧光粉浓度和发光层厚度条件下，ACEL器件的电致发光光谱及其积分强度。（e）在200 V、50 Hz驱动电压下，不同浓度余辉性荧光粉的ACEL器件电致发光光谱。（f）断电后余辉型ACEL器件的余辉光谱及其对应照片，比例尺：5 mm。（g）余辉型ACEL阵列在日光、紫外光照射下，以及电源开关状态下的照片，比例尺：2 cm。

图3 自供能余辉显示系统。 (a)基于摩擦纳米发电机（TENGs）与余辉型ACEL器件的自供能系统示意图。(b-c)TENG的开路电压和短路电流。(d-e)在不同负载电阻条件下，TENG的输出电压、电流及功率。(f-g)带有“ZZU”图案阵列的自供能余辉显示系统的实物图；比例尺：1厘米。

图4 基于自供能余辉显示的定向识别。(a)定向识别的原理。(b)基于ACLE余辉显示的定向识别演示。

图5 自供能轨迹识别系统。 (a) 自供能轨迹识别系统的示意图，由地面式TENG提供电源，并集成余辉型ACEL阵列以实现轨迹显示与识别功能。(b) 余辉型ACEL阵列通电与断电状态下的照片。(c-d) 动作过程及轨迹的显示与识别效果。比例尺：1 cm。

作者简介

第一作者：孙俊璐，郑州大学物理学院助理研究员/校直聘研究员，硕士研究生导师。2021年博士毕业于郑州大学后，于郑州大学物理学院任教。近年来一直从事自供能发光材料与显示系统，在Nature Communication、Advanced Materials、ACS Nano; Science. Bulletin.; Nano Energy等国际一流杂志上发表SCI论文多篇。主持国家自然科学基金科研项目1项，中国博士后科学基金2项，河南省中原博士后创新人才项目1项。

第一作者：陶琪雅，郑州大学物理学院硕士研究生，主要研究方向为柔性交流电致发光器件制备及其应用。

通讯作者：潘曹峰，北京航空航天大学蓝天杰出二级教授，博士生导师，国家杰青。主要从事低维半导体传感材料与器件应用研究。在Nat. Photon.、Nat. Comm.、Adv. Mater.、Chem. Rev.、Adv. Energy Mater.等期刊上发表SCI论文290多篇，引用26000多次，H因子86，20余项成果入选“中国百篇最具影响力国际学术论文”和“ESI高被引论文”。

通讯作者：董林，郑州大学物理学院教授、博士生导师。长期致力于氧化物低维光电材料与器件研究，主要研究方向为基于发光传导的触觉仿生器件、应力可视化成像、自供能电子皮肤等。在Nat. Photon.、Adv. Mater.、Matter等权威SCI期刊发表学术论文180余篇。

更多详情见课题组主页：http://www7.zzu.edu.cn/diamond/。欢迎各地学生报考攻读硕/博士学位。