成果简介
石墨烯具有优异的导电性，是柔性可穿戴应用中纤维复合材料的一种前景广阔的增强材料。研究人员一直致力于缩小石墨烯内在导电性与复合材料宏观性能之间的差距。二维纳米材料的各向异性表明，它们的取向和分布是决定薄膜和块体材料宏观性能的关键因素。控制微结构形成的各种技术包括电场和磁场法、热压法、离心法和冷冻干燥法。本文，河北科技大学许佳等研究人员在《ACS Appl. Nano Mater.》期刊发表名为“Magnetic Field-Induced Aligned Graphene/Cellulose Conductive Composites for Electroluminescent Devices”的论文，研究制备了柔性石墨烯/纤维素复合薄膜材料，并利用磁场调节石墨烯在纤维素纸中的取向和分布。
结果表明，复合材料上排列的石墨烯网格结构产生了相互连接的导电路径，并降低了石墨烯的渗透阈值。通过提高导电层的介电常数，我们防止了其作为导电薄膜的击穿。使用石墨烯/纤维素柔性复合材料构建的电致发光器件有效地提高了发光性能。此外，还通过微结构设计获得了定向发光。这项研究为在高性能柔性可穿戴设备中使用二维纳米材料提供了一条可行的途径。
图文导读
图1.MrGO-CEL复合材料制备路线示意图
图2.（a） 柔性发光器件结构示意图;（b）柔性电致发光器件的横截面荧光显微照片;（c）柔性电致发光器件的横截面SEM显微照片;以及（d）描绘电致发光柔性器件在作为基板的MrGO-CEL电极的不同电阻下从暗到亮转变的照片。
图3.（a） MrGO-CEL电极的横截面图。（b） 附着在MrGO-CEL电极上的介质层的横截面图。（c） 附着在介质层上的发光层的横截面图。（d） ITO/PET透明电极的横截面图
图4. (a) 不带磁场感应的 MrGO-CEL 电极制造示意图；(b) 带平行磁场感应的 MrGO-CEL 电极制造示意图；(c) 带单面发散磁场感应的 MrGO-CEL 电极制造示意图；(d) 带自下而上磁场感应的 MrGO-CEL 电极制造示意图；(e) 使用按四个不同方向排列的 MrGO-CEL 电极制造的柔性电致发光器件的照度图；(f) 使用按四个不同方向排列的 MrGO-CEL 电极制造的柔性电致发光器件的 CIE1931 坐标变化；以及 (g) 使用按四个不同方向排列的 MrGO-CEL 电极制造的柔性电致发光器件的归一化光谱。
图5. 照度随弯曲次数的变化，插图（a）和（b）分别是弯曲前和弯曲后拍摄的数码照片。
图6. 电致发光装置的应用照
小结
本研究提出了一种具有石墨烯定向排列结构的柔性导电材料。通过在纤维素薄膜上定向排列磁性石墨烯，成功提高了复合材料的导电性和石墨烯分布的均匀性。利用这种复合材料作为电极，成功制造出了具有优异机械性能的定向发光 EL 器件。该装置显示出更高的光亮度和定向发光特性。经过 1000 次反复弯曲后，该装置的发光亮度仍保持在 96% 以上，显示出稳定的发光性能。该装置可用于显示信息或作为通信信号，在智能可穿戴设备的智能显示器和光信号柔性电子产品方面具有巨大潜力。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.3c03678
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