苏州纳米所李清文、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研究方面取得进展

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。

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。

图2. 固态金属卤化物的稳定性及其柔性应用

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。

图3. 固态金属卤化物在传感领域的应用 

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。

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