《Adv Mater》：高效OLED的石墨烯基本征可拉伸二维接触电极！

可穿戴电子设备需要能够与人体皮肤形成亲密接触的集成设备。直流驱动的本征可伸展有机发光二极管(ISOLED)具有高效率，在可穿戴应用中特别有前景。然而，自2011年以来，只有几篇论文报道了ISOLED，它们还没有达到高电流效率(CE)>12 cd A⁻¹，而使用铟锡氧化物(ITO)阳极和金属阴极的刚性同行甚至有CE≈20 cd A⁻¹。ISOLED的低CE可以归因于缺乏可伸展的电极材料来解决广泛使用的一维金属纳米线/有机层界面处的电荷注入不良。此外，与ISOLED制造和优化工艺相关的协议还没有建立，因此提高ISOLED效率的任务非常具有挑战性。本质上可伸缩的有机发光二极管(ISOLED)正在成为可穿戴电子产品的重要组成部分。然而，与刚性电极相比，ISOLED的效率一直很低，这是因为缺乏理想的可伸展电极材料来克服一维金属纳米线/有机界面处较差的电荷注入。

来自首尔国立大学和高丽大学的学者报道了一种使用2D接触可伸缩电极(TCSE)作为阳极和阴极的高效ISOLED(图1A)。TCSE包括一层石墨烯和石墨烯卷轴，位于嵌入在苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)弹性体基质中的AgNW网络的顶部。石墨烯层修饰了WF，促进了电荷扩散，并阻止了氧气和水分的向内扩散，从而实现了电荷注入和环境稳定性的显著改善。通过引入阴离子冠状共轭聚电解质(CPE)过渡层，可以显著提高阴极TCSE的电子注入性能，该过渡层可以诱导强大的界面偶极子产生低WF=3.57 eV，这是迄今报道的ISOLED中的最低值。

随后的阳极TCSE的p型分子掺杂促进了高WF=5.69 eV的有效空穴注入。由于连接裂缝的石墨烯卷轴和结合NW-NW结的石墨烯氧化物(GO)，TCSE的机械稳定性得到了提高。由于这些优点，压力控制层压工艺产生了有效的电荷注入，并产生了CE=20.3 cd A⁻¹的高效率ISO LED。此外，3英寸5×5无源矩阵ISO LED成功地经受住了凸起变形。相关文章以“Graphene-Based Intrinsically Stretchable 2D-Contact Electrodes for Highly Efficient Organic Light-Emitting Diodes”标题发表在Advanced Materials。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202203040

图1. A)基于p和n掺杂2D接触可伸展电极(TCSE)的ISOLED的概念说明。B)原始银纳米线(AgNW)和TCSE示意图。C)用霍尔效应测量方法评价了AgNW、石墨烯和TCSE的片状载流子浓度和迁移率。D)用于TCSE的p型或n型分子掺杂的材料。

图2. A）透射电子显微镜（TEM）TCSE的横截面图像。B）使用PFSA（p-TCSE），PEI（n-TCSE）和PEI / Crown-CPE（n-TCSE / Crown-CPE）在分子掺杂之前和之后的TCSEWF的开尔文探针映射图像。C） 使用紫外光电子能谱（UPS）测量TCSE、n-TCSE和n-TCSE/Crown-CPE的二次截止位置示意图。D）原始TCSE的透射率T和片状电阻Rs，GO处理的TCSE和p型和n型掺杂后的TCSE。E，F）在氧化石墨烯（GO）处理之前和之后使用多层石墨烯对AgNW，TCSE和TCSE进行静态和循环拉伸试验（应变= 40%）。G）在原位拉伸试验期间对已转移到SEBS上的石墨烯（应变= 40%）进行的原子力显微镜（AFM）相位图像。H，I） 在室温和相对湿度为40%时，对AgNW、TCSE、p-和n-TCSE的Rs和WF变化进行环境稳定性试验结果。

图3. A)用于使用光致发光(PL)评价层压质量的装置结构示意图。B，C)在1.5R压力下增加层压时间后，使用TCSE和不使用TCSE的光致发光(PL)颜色图。D)利用电流-电压(I-V)曲线评价电极稳定性的装置结构示意图。E，F)在1.5R和2.0R下，随着层压时间从0增加到20min的I-V曲线。

图4. A)ISOLED相对于真空度的平带能级图。B)电流密度-电压-亮度(J-V-L)。C)电流效率–在使用或不使用Crown-CPE夹层的情况下，ISOLED及其基于ITO的刚性元件的亮度特性。D)B)在2至5 V电压范围内对ITO基刚性器件上电容和电流的随时间变化的测量；E)电容-电压特性；E)使用或不使用作为Crown-CPE中间层的ITO基刚性器件。F)在6V时，ISOLED的亮度随应变的变化。

为了克服一维AgNW/有机层界面的本征电荷注入限制，本文设计了一种以石墨烯为基础的TCSE作为双电极的高效ISOLED。引入了具有高载流子迁移率（m=519.27±0.32 cm²V⁻¹ s⁻¹）的具有石墨烯涡卷的石墨烯层，以形成完整的2D界面。引入强偶极矩后，通过在n-TCSE上引入具有自对准离子基团的阴离子冠状CPE，可以显著增加TCSE的电子注入。利用PFSA实现了p型分子的高效空穴注入。据本文所知，这是第一次展示可伸缩电极，其WF在3.57至5.69 eV的宽范围内可调。由于压力控制叠层后两个TCSE的有效电子和空穴注入，ISOLED获得了前所未有的高CE=20.3 cd A⁻¹，这是所有ISOLED中报道的最高效率。使用这些策略，三英寸5×5矩阵的ISOLED无源矩阵也证明了TCSE在大规模应用中的可行性。这项工作为设计具有本征可伸缩材料和良好界面电子结构的高效可伸展光电子器件提供了一种设计方案。在未来，将磷光或热激活延迟荧光(TADF)材料与可伸展的聚合物主体一起使用，可能会实现甚至超过本文报告的高值的CE。（文：SSC）