北京印刷学院孙志成团队研发出水凝胶微球双功能响应传感器件
交流驱动电致发光器件（Alternating Current Electroluminescent Devices, ACEL）因其多功能性、低功耗以及良好的集成性，近年来受到了广泛关注。这些优势使其成为柔性显示器、可穿戴电子器件以及生物医学设备等多种应用领域的理想选择。ACEL器件不仅能够实现均匀的发光效果，还可通过调节颜色与图案实现高度定制化，兼具美观性与功能性，尤其适用于智能纺织品与柔性电子等新兴技术领域。近年来，ACEL器件的研究重点不断向器件的功能性应用方向转移，目前各国学者在交互式ACEL器件领域均取得了一系列突破，但传统ACEL器件在同时实现多模态刺激识别与高效发光方面仍面临诸多挑战。北京印刷学院孙志成教授团队以仿生发光鱿鱼的感知系统为灵感，构建了一种基于水凝胶微球（Hydrogel Microspheres, HMPs）的交互式ACEL器件，为实现环境感知与可视显示的一体化提供了新的解决方案。器件的顶层支撑结构采用模具成型工艺制备，使用弹性聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合材料构建具有周期性微锥结构的表面。微锥阵列可增强器件表面对压力变化的感知能力与局部电场调控能力，从而提升整体传感灵敏度。传感层中引入的球形水凝胶材料具有较小的表面积和较强的抗压能力，有助于提升器件在复杂环境中的结构与响应稳定性。图1(a) 发光鱿鱼；(b) HMPs-ACEL结构图该研究采用反相乳液聚合法构建了具有双网络结构的导电水凝胶微球。以聚丙烯酰胺（PAM）和海藻酸钠（SA）为网络骨架，并引入LiCl与PEDOT:PSS作为离子导电组分，制备出的水凝胶微球表现出优异的结构稳定性与导电性能。其中，PEDOT:PSS掺杂量为0.1–0.2 wt%时，微球电阻率低至1.95 Ω·cm，抗压强度高达12 MPa，自由水含量超过60%，在环境温湿度变化下仍能保持稳定。图2 (a) HMPs的化学结构组成示意图；(b)不同 PEDOT：PSS 含量不同时 HMPs 的电阻率和透射率；(c)HMPs 的压缩应力-应变曲线（附图：压缩过程图）；(d) PEDOT: PSS含量不同的 LiCl@HMPs的自由水与结合水之比传感器件采用多层结构设计，未施加外力时，传感层中的导电水凝胶微球（HMPs）精准分布于电极间隙中，此时电场强度不足以激活ACEL发光颗粒，器件处于非发光状态。而在施加压力后，导电HMPs发生形变并跨越电极间隙，连接上下电极，从而显著增强电极与传感层之间的局部电场强度，使其超过交流电致发光的起始阈值，进而激发发光层（PL层）发生电致发光效应，实现逐点发光响应，该响应机制主要依赖于器件结构的精密设计。研究表明，在160 V电压与2000 Hz频率条件下，该器件可呈现出最优亮度与最佳发光效率。PEDOT:PSS的掺杂浓度以及不同基底材料均对器件的亮度、电阻抗、热稳定性具有明显的调控作用。图4：不同基底上的HMPs-ACEL随电压及频率升高的效果图该研究基于导电水凝胶微球构建了一种可用于环境响应显示的HMPs-ACEL柔性电子器件，集成了多模态刺激感知、高亮度发光与柔性结构于一体，具有出色的环境适应性、重复使用性与结构扩展性。该器件在可穿戴健康监测、文化遗产远程预警、智能显示与人机交互等领域展现出广阔的应用前景，为新一代智能光电系统的开发提供了有力的技术支撑。Ting Wang, Jing Fan, Zhicheng Sun*, Yuwei Hao, Shouzheng Jiao, Rui Ma, Yang Zhou*, Yuanyuan Liu，Bifunctional Interactive Light-Emitting Devices Based on Hydrogel Microsphereshttps://doi.org/10.1002/admt.202500009声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！