李清文、张其冲等在高稳定性盐壳金属卤化物钙钛矿用于光致发光和可穿戴传感器

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人们对电子设备的便携性、多功能性和集成性的期待推动了可穿戴电子设备的快速发展。最近，摩擦电纳米发电机(TENGs)在能力收集、人机交互、医疗监测和自供电传感等方面引起了极大的关注。遗憾的是，这类交互设备大多由分隔的传感器和显示单元组成，因而总是需要一些笨重的设备或有线连接来将输出信号转换为人类易读出的形式。色彩提供了一种简单的传输信息的方法，其可调的颜色属性有望与传感器集成，为交互式信号的可视化开辟了新的途径。金属卤化物钙钛矿具有特殊的光物理性质，为未来的可穿戴电子产品提供了新的机会。然而，构建自供能、应变传感和显示等多功能特性一体化的光致发光传感系统是一个巨大的挑战。
　　中科院苏州纳米所轻量化实验室李清文研究员与张其冲项目研究员等提出了一种高效窄光致发光金属卤化物固体的水合成策略，进一步将其应用于自供电的可穿戴式光致发光传感器。通过该策略，仅使用水作为溶剂就制备了盐壳金属卤化物固体，其具有高效和狭窄的绿色排放，PLQY为87.3%。其中KBr盐不仅提供了一个富溴的环境来钝化钙钛矿的表面缺陷，而且还作为基质来提高其稳定性。该绿色环保的制备策略还可用于制备无色水性油墨和柔性光致发光薄膜。另外，该固态化合物可作为聚乙烯醇(PVA)的填料，用于TENG中的高性能正摩擦材料，所制备的TENG的输出性能是原始TENG的2.3倍。研究者进一步构建了电压响应范围为0-100kPa、响应时间为125ms的可穿戴光致发光传感器，以检测人体的各种运动。

固态盐壳金属卤化物

　　     图1. 固态盐壳金属卤化物的制备

　　通过简单的水蒸发结晶策略即可制备高发射窄半高峰宽的金属卤化物固体，巧妙的引入溴化钾盐使得难溶于水的溴化铅完全溶解在水中，不仅赋予了材料高量子产率，还提升了产物光和热稳定性。
　　得益于水蒸发结晶策略，前驱体水溶液可制备成水性墨水，通过与水性聚合物混合可以制备出柔性荧光薄膜，并且可以通过喷墨打印技术打印相关的图案。
　　作为概念验证，研究者还构建了电压响应范围为0-100kPa，响应时间为125ms的可穿戴光致发光压力传感器，未来有望构建同时具有显示-传感一体化自供电集成器件，检测人体的各种运动。
　　该研究工作为高发射的金属卤化物固体的合理设计提供了指导，并为扩展其在多功能可穿戴荧光传感器中的应用提供了参考。相关工作以Robust Salt-Shelled Metal Halide for Highly Efficient Photoluminescence and Wearable Real-Time Human Motion Perception为题发表于Nano Energy上，本文的共同第一作者是中科院苏州纳米所和华东理工大学联合培养博士生陈龙、上海交通大学博士生贺梦，通讯作者是华东理工大学的袁双龙副教授，新加坡南洋理工大学魏磊副教授，中科院苏州纳米所的张其冲项目研究员和李清文研究员。该工作获得了中科院“率先行动”引才计划和江苏省青年基金项目的资助。
　　论文链接 ：https://www.sciencedirect.com/sc ... 071X?dgcid=coauthor
       文章来源：苏州纳米所
        李清文，中科院“百人计划”研究员，博士生导师，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所副所长。获国务院政府特殊津贴（2015）、江苏省333工程第二层次培养对象（2016）、江苏省科技进步三等奖（2014）、苏州工业园区领军人才（2011）、江苏省创新创业人才（2009）等。国际著名“Carbon”和“Advanced electronic materials”杂志编委。2000年获得清华大学化学系博士学位；2001/3-2007/12间分别在北京大学化学系、英国剑桥大学材料系和美国Los Alamos 国家实验室以博士后和助理研究员身份从事碳纳米管制备与应用研究。2008/1回国致力于纳米碳低成本可控制备、多级结构加工以及纳米碳宏观体在功能复合材料和能源方面应用研究，曾主持和参与多项科技部纳米专项、基金委重点及面上、江苏省成果转化重点项目、总装预研重点项目等，高纯度半导体碳纳米管分离、碳纳米管纤维与薄膜连续制备技术等已成功获得技术转化，相关成果在Nature、Nature materials、Nature nanotechnology, Adv. Mat., JACS, ACS Nano, Small等著名国际期刊上发表学术论文100余篇，引用次数逾4000次，获得授权发明专利30余项。
         张其冲，博士，现任中国科学院科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员。2017年于同济大学获得物理学博士学位，主要从事水系电化学纳米材料的合成和纤维状功能器件的研制， 2018年至2021年在新加坡南洋理工大学担任研究员，2021年入选中国科学院“百人计划”并任职中国科学院科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员。长期致力于纤维状水系储能器件的开发工作，系统研究了高性能纳米材料在高曲率纤维表面的原位组装，通过调控纳米材料的微观结构、缺陷、构筑异质结构、改善电极/电解液界面反应动力学条件和构建新型器件结构，发展出了一系列高能量密度、高稳定性的纤维状水系储能器件，并在Advanced Materials, Nature Communications, Nano Letters, ACS Nano, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, ACS Energy Letters, Nano Energy, Advanced Science, Energy Storage Materials等学术期刊发表论文80余篇，H因子33，ESI高被引论文9篇，论文引用3100余次, 编写1部英文专著。