基于纺织品的柔性交流电致发光器件因其在照明显示、健康警示等领域具有巨大潜力而引起了广泛的研究兴趣。为了拓展ACEL器件的应用领域，可穿戴ACEL现急需颜色可调性，其色彩需实现实时变化，这在显示、通讯等领域的应用具有重要意义，同时ACEL器件的稳定性在应用领域同样具有重要影响作用。然而，器件在高压时会产生“击穿”现象，发出亮光的同时会发生闪光现象，在关闭电源时表面会存留黑点，影响整体美观，且器件发光时会出现大面积不连续黑暗图形；并且由于ZnS：Cu材料的特殊性，器件只能发出单色光;ACEL器件的单独显示发光作用限制了其应用的拓展。

  鉴于此，浙江理工大学纺织科学与工程学院（国际丝绸学院）博士生导师胡毅教授课题组报道了一种可以温度瞬态控制的多色交流电致发光器件，通过对介电层浓度比例以及保护层厚度的探索，降低“击穿”发生的可能性。根据光致发光与电致发光的发光机理，采用荧光染料作为颜色转换层，成功制备了具有紫色发光和绿色发光特性的发光电子纺织品，同时器件可以通过与温度传感器的连接使器件发光警示人体温度，拓展了ACEL器件电子纺织品的实际应用性，可用于健康监测、安全警示等领域。

  相关工作以“Coplanar Pattern and Temperature Transient Control in Intelligent Wearable Multi-Color Alternating Current Electroluminescence Devices”为题发表在国际著名期刊Advanced Functional Materials 上（影响因子18.5），doi:10.1002/adfm.202420613。本文第一作者为浙江理工大学纺织科学与工程学院（国际丝绸学院）硕士研究生王珣，通讯作者为浙江理工大学博士生导师胡毅教授。

Figure 1. Architecture of a multicolored and high-stability ACEL device. (a) A multicolored, durable ACEL device for emissive warning signals. (b) Structural overview of multicolored, high-stability ACEL devices and cross-sectional micrograph of the ACEL device. (c) Mechanism of color shift in ACEL devices.

  本文开发了一种在器件中加入荧光染料颜色转换层和保护层从而提高器件稳定性的多色彩交流电致发光器件的工艺。通过保护层填补由于BaTiO₃和ZnS：Cu颗粒喷涂所形成的孔隙，可以有效保证器件的抗“击穿”能力和稳定性。荧光染料油墨由于其本身光致发光的特性，可以直接吸收器件原本发出的蓝光转变色彩，操作简单。并且通过制作的温度传感器、柔性薄膜太阳能电池、平面微型化电池和ACEL器件的连接，根据温度期间实现瞬态调控并可以达到监测人体健康的功能。本项技术不仅有效提高了器件的稳定性，降低其“击穿”的风险，同时增加了其色彩丰富性，功能多元性，从而拓展了其应用场景，促进可穿戴电致发光器件的产业化。

Figure 2. Stability characterization of ACEL devices. (a) Breakdown voltage variability in ACEL devices with varying BaTiO3 ratios, with and without a protective layer. (b) Comparative breakdown strength of ACEL devices across BaTiO3 concentrations, with and without protective layers. (c) Dielectric loss of dielectric composite with or without protective layer. (d) Variation in dielectric constant with and without protective layers in composites. (e) Luminance response of the electroluminescent devices to BaTiO3 proportion with protective layer. (f) Luminance variation of ACEL devices by frequency and voltage settings.

  保护层材料提高了交流电致发光器件的整体击穿强度，BaTiO₃可以减小交流电致发光出现“击穿”发生的现象，但BaTiO₃的含量对“击穿”现象的影响并没有进行相关研究，因此固定PVDF-HFP和异佛尔酮的含量，改变BaTiO₃在混合溶液中的量，探讨对“击穿”的影响；同时在之前操作方法中采用人工喷涂方法，器件内部结构会因为BaTiO₃和ZnS：Cu颗粒的影响导致器件表面不平整，器件击穿强度分布不均匀，因此加入与介电层和发光层相同的复合材料和溶剂作为保护层，填补由于人工喷涂造成的孔隙现象，大大增大了器件可接受的击穿压力和击穿强度。

Figure 3. Fabrication and analysis of color conversion layers. (a) Fluorescence resonance Energy transfer (FRET) mechanism in ZnS: Cu coordinated with cationic fluorescent red X-5GN and yellow X-10GFF. (b) Ultraviolet absorption and emission spectra of ZnS: Cu with cationic fluorescent dyes red X-5GN and yellow X-10GFF. (c) Photoluminescence (PL) spectra of cationic fluorescent red X-5GN. (d) Photoluminescence (PL) spectra of cationic fluorescent yellow X-10GFF. (e) Surface fluorescence imaging of ACEL devices with color conversion layer. (f) EL spectra variations in ACEL devices with diverse colors. (g) Impact of cationic fluorescent red X-5GN and yellow X-10GFF on ACEL device color per CIE coordinates. (h) Fluorescence lifetime assessment of cationic fluorescent yellow X-10GFF. (i) EL response of blue ACEL devices to varying AC frequencies. (j) CIE coordinates dynamics for blue ACEL devices across frequencies.

  交流电致发光器件一般使用ZnS：Cu、ZnS：Mn作为发光材料，由于ZnS：Mn发光条件较高且发光亮度暗，因此采用ZnS：Cu作为发光材料，但ZnS：Cu主要发出蓝光，因此需要寻找一种方法能够改变发光颜色。荧光染料的发光机制通过吸收其他光的发射产生激发发出相关波长的光，与交流电致发光器件的发光原理类似，因此可以使用荧光染料吸收ZnS：Cu发出的蓝光，通过结合产生其他颜色的光。并且调节荧光染料的浓度，可以使器件发光色彩变得更加丰富，同时通过改变器件电压和频率也可以使器件发光波长发生改变。

Figure 4. Flexibility and durability of the fully sprayed ACEL devices. Scale bar: 1 cm. (a) Bending test. (b) Rolling test. (c) Washing test. Insets: Devices before and after 180 minutes of washing. (d) Double 85 °C/85% RH wet-hot test. (e) Device brightness stability under continuous power supply. (f) Device on-off cycles’ brightness test. (g) Fluorescent yellow X-10GFF UV resistance test. Insets: Devices before and after 36 hours of UV exposure. (h) Fluorescent red X-5GN resistance to UV test. Insets: Devices before and after 96 hours. (i) Mechanical stress tests: Curling, folding, shearing and pinning.

  ACEL装置在织物上的机械柔韧性和稳定性测试结果显示，在压缩比为50%的情况下弯曲1000次后，柔性ACEL器件的发射强度仅下降2.6%。在50g负重循环滚动1000次亮度仅下降3.36%。在60℃下的标准洗衣机中进行该器件的可洗性试验。连续洗涤180分钟后，器件亮度下降约2.04%。通过双85试验(85°C温度和85%湿度)验证了ACEL器件对恶劣环境的耐受性。器件在95V电压下持续发光2h亮度下降12.7%，在开关3000次周期亮度下降24.17%。同时荧光染料红X-5GN在紫外下36h后彻底消失，荧光染料黄X-10GFF在紫外下96h后发光面积依旧有10%。此外，基于纺织品的可穿戴ACEL设备需要能够承受外部损坏。实验结果表明，ACEL器件在针刺、剪切、折叠、卷曲等作用下均能保持均匀稳定的发光。研究结果有效地证实了织物基全喷涂ACEL器件的机械柔性和稳定性。 

Figure 5. Multi-color ACEL devices. Scale bar: 1?cm. (a) Luminous effects of ACEL devices coated with different ratios of fluorescent dyes. (b) Simultaneous multi-color emission in flower-shaped ACEL devices. (c) Luminous behavior of the blue light device and the fluorescent dye ink (1g) under varying frequencies. (d) Multi-color "moire" pattern in parallel alternating current electroluminescent devices.

  随着荧光染料的比例增加，ACEL器件表面的色彩会发生变化。在同一电压，不同频率下的ACEL器件的色彩变化，如图中所示。并且同一个平面的器件可以展现出不同的色彩，还可以通过并联的方式，将不同色彩的器件展现在同一个平面中，实现图案的多元化。

Figure 6. Wearable display and integrated application. Scale bar: 1?cm. (a) Schematic of integrated system combining temperature sensor, flexible thin film solar cell, planar miniaturized battery, and ACEL device. (b) Application of wearable fever-alert jacket. (c) Integrated circuit layout on the jacket. (d) Temperature dynamic monitoring graph.

  柔性电路板符合可穿戴智能纺织品的需求，通过对电路板与温度传感器连接设计，温度传感器接收温度信号，ADC（模数转换）将温度传感器采集到的信号转换为电压，由微控制器计算，柔性电路板的温度阈值由计算机编程。当人体腋下正常温度为36-37℃时，共平面ACEL器件中心图案发出蓝光；当人体腋下温度为37-39℃表明正在发低、中烧，共平面ACEL器件中间图案会发出紫光；当人体腋下温度超过39℃表明正在发高烧，共平面ACEL器件外圈图案发出绿光。当传感器检测到的温度达到设定的阈值时，EL器件会发出不同的颜色用来警示人体是否发热，在生物医学监测和疾病预防领域具有潜在的应用前景。

  小结：作者开发了一种由光致变色和电致发光机理相结合的多色彩交流电致发光器件，保护层填补由于BaTiO₃和ZnS：Cu颗粒喷涂所形成的孔隙，可以有效保证器件的抗“击穿”能力和稳定性。荧光染料油墨由于其本身光致发光的特性，可以直接吸收器件原本发出的蓝光转变色彩，操作简单。并且通过制作的温度传感器、柔性薄膜太阳能电池、平面微型化电池和ACEL器件的连接，根据温度期间实现瞬态调控并可以达到监测人体健康的功能，全喷涂ACEL设备的多色彩性、高稳定性、集成化使它们能够应用于更多场景。

  在此，感谢浙江理工大学嵊州创新研究院基金项目（SYY2024C000008）的支持！

通讯作者简介

  胡毅，男，博士，教授，博士生导师。浙江理工大学纺织科学与工程学院（国际丝绸学院）副院长，主要从事非水介质染整新技术和柔性电子智能纺织品研究。以第一作者或通讯作者在 Advanced Functional Materials, Nano Letters, Energy Storage Materials, Chemical Engineering Journal等刊物上发表SCI论文60余篇，授权和转化国家发明专利30余项。获得国家级教学成果二等奖和浙江省教学成果特等奖各1项；主持获得中国纺织工业联合会教学成果一、二、三等奖，浙江省自然科学奖三等奖和中国商业联合会科技进步奖二等奖各1项。

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202420613