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武漢紡織大學王棟教授/楊麗燕副教授《Adv. Mater.》：大尺寸、可拉伸、自保護、超高穩(wěn)定性的鈣鈦礦光致發(fā)光長絲
2024-03-21  來源：高分子科技

  鹵化鉛鈣鈦礦因其優(yōu)異的光電性能，例如，光致發(fā)光量子產(chǎn)率高，發(fā)射光譜可調(diào)，色純度高，載流子輸運效率高，在柔性顯示和可穿戴光電子領域展示巨大應用潛力。然而，鹵化鉛鈣鈦礦在濕、熱和紫外光照下本征不穩(wěn)定性阻礙了其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和應用。利用聚合物自封裝效應，構建鈣鈦礦@聚合物復合結(jié)構提升鈣鈦礦環(huán)境穩(wěn)定性和柔性的有效手段。



  近期，武漢紡織大學紡織纖維及制品教育部重點實驗室王棟教授團隊的楊麗燕副教授首次提出采用濕法紡絲開發(fā)高拉伸性和超高熒光穩(wěn)定的鈣鈦礦@聚合物光致發(fā)光長絲（圖 1）。該工作以“Large-scale, stretchable, self-protective, and multifunctional perovskite luminescent filament with ultra-high stability”為題發(fā)表于《Advanced Materials》。文章第一作者為武漢紡織大學技術研究院的楊麗燕副教授，通訊作者為王棟教授。該研究工作得到國家自然科學基金和湖北省自然科學基金支持。 


圖 1 連續(xù)制備多彩鈣鈦礦光致發(fā)光長絲


  制備的鈣鈦礦@聚合物光致發(fā)光長絲（CsPbX3 PLF，X=Cl, Br, I）熒光顏色豐富、亮度高（PLQY~24.5%）、發(fā)射光譜可調(diào)、色純度高、拉伸形變率大（~2400%）（圖 2）。XPS表面元素分析和TOF-SIMS厚度剖析表明鈣鈦礦納米在聚合物中均勻分布，表面/本體的階梯式分布結(jié)構，提高了CsPbX3 PLF的拉伸穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性。同時，拉伸作用不影響鈣鈦礦結(jié)晶性能，只誘導多角度取向（圖 3）。 


圖 2 CsPbX3 PLF的光致發(fā)光性能和拉伸穩(wěn)定性。


 圖 3 CsPbX3 PLF和TPU的WAXS圖


  憑借聚氨酯的原位封裝效應及其與CsPbBr3納米晶之間的螯合作用，CsPbBr3 PLF在空氣（20~35 °C，30~80% RH）和85%高濕度環(huán)境中存儲30天、50℃的環(huán)境溫度中保存30天、水中浸泡30天、UV光照300分鐘、強酸強堿溶液（pH 1-13）和有機溶劑中浸泡5 min，均表現(xiàn)出突出的光致發(fā)光穩(wěn)定性（圖 4）。該生產(chǎn)方法環(huán)境友好、生產(chǎn)速度高（0.7m/min）、生產(chǎn)成本低（1.56美元/100米）、回收利用熒光性能良好（回用5次，PL保持80%，回用10次，PL保持50%），大面積生產(chǎn)潛力巨大。 


圖 4 鈣鈦礦光致發(fā)光長絲超高環(huán)境穩(wěn)定性。


  憑借CsPbX3PLF優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性、耐酸堿性和耐有機溶劑性能，首次實現(xiàn)了在有機染料和拉伸應變傳感、柔性圖案顯示、二次防偽和危險預警系統(tǒng)方面的應用（圖 5），拓寬了鈣鈦礦材料的應用領域。 


圖 5 鈣鈦礦光致發(fā)光長絲及紡織品的多功能應用。


  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202400919


【作者簡介】


  王棟，武漢紡織大學二級教授，博導，現(xiàn)任武漢紡織大學黨委常委、研究生院院長、學科辦主任，紡織纖維及制品教育部重點實驗室主任。獲評國家“萬人計劃”青年拔尖人才、教育部“新世紀優(yōu)秀人才”，享受國務院政府特殊津貼。榮獲全國五一勞動獎章、美國纖維學會杰出成就獎、中國青年科技獎、中國紡織工程學會紡織學術大獎等獎項。長期致力于先進纖維新材料及其與生物、電子、能源、環(huán)境等交叉學科領域的創(chuàng)新研究工作。


  楊麗燕，武漢紡織大學技術研究院副教授，碩導，入選湖北省楚天學者計劃。獲國家自然科學基金青年基金、湖北省自然科學基金青年基金、武漢市科技局國家重點實驗室專項資助，就鈣鈦礦材料與光伏、發(fā)光器件方面研究在Adv. Mater.、Rep. Prog. Phy.、Adv. Funct. Mater.、J. Mater. Chem. A等期刊發(fā)表SCI 論文20余篇，ESI高被引論文1篇。


  課題組主頁：http://wdgroup.org/

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（責任編輯：xu）
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