电压放大器在电致发光纤维的特性研究中的应用-电子发烧友网

实验名称：电致发光纤维的发光特性研究实验

研究方向：随着柔性电子产品、智能传感器、智能穿戴等领域的兴起，柔性电致发光器件得到了蓬勃的发展。柔性电致发光纤维以其便携性、柔软性及可编织性，为可视化传感领域带来了巨大的发展潜力。但受限于其大多为双电极结构，制备工艺复杂，使其在成本、器件均匀性、灵敏性及柔软性方面仍存在不足。单电极电致发光纤维由导电层、介质层和发光层构成，发光波长为456nm，具有良好的力学性能、发光性能及柔软性。单电极电致发光纤维可应用于溶液的可视化传感，其发光强度对于化钠浓度的识别度可达到0.001%（质量分数），具有出色的灵敏度，在汗液检测及生物等方面具有重要意义。发光纤维可进一步编织成发光织物，其透气性及力学方面均与普通的商用面料相媲美，并可实现不同浓度氯化钠的可视化传感。在可穿戴设备领域，无线驱动的单电极电致发光纤维具有实现视觉显示和通信功能的巨大潜力。当前可穿戴传感器形态主要有薄膜和纤维两种，相比于柔性电子领域常用的薄膜器件，纤维电子器件展现了更高的柔韧性、透气性，在织物发生形变时能释放应力防止局部应力集中，因而具有更长的使用寿命和优越的服役性能。在液体传感监测方面，纤维电子器件能够与液体表面实现360°全面接触，展现出更优异的监测性能。

实验目的：验证不同频率和电场下材料的发光特性

测试设备：信号发生器、电压放大器、示波器、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、光谱仪等。

实验过程：信号发生器产生激励信号经过ATA-214高压放大器放大施加致发光材料的电极两端，材料内部会形成一个电场，再通过信号发生器改变交流信号的频率，放大器改变电场的大小，研究不同电压和频率下的材料的发光特性。当在材料的两个电极之间施加电压时，会在材料内部形成一个电场。这个电场会激发材料中的电子，使其获得足够的能量。在电场的作用下，材料中的载流子（包括电子和空穴）会发生迁移。电子从负极（N型半导体）向正极（P型半导体）迁移，而空穴则反向迁移。当电子和空穴在材料的某个区域相遇并复合时，会释放出能量。释放出的能量以光子的形式发出，形成可见光。这个过程中，电子在能级间的跃迁、变化、复合是导致发光的关键。

实验结果：如图1.1（d）所示，在2000ms内其发光功率密度仅相差0.5nW/cm2。如图1.1（e）所示，从发光纤维在不同电压下测量的光谱可看出其发光波长为456nm。图1.1（f）为发光纤维的发光色度图，发出蓝色的光。纤维在空气中不同电压下测得的发光功率如图1.1（g）。如图1.1（d）所示，在2000ms内其发光功率密度仅相差0.5nW/cm2。如图1.1（e）所示，从发光纤维在不同电压下测量的光谱可看出其发光波长为456nm。图1.1（f）为发光纤维的发光色度图，发出蓝色的光。纤维在空气中不同电压下测得的发光功率如图1.1（g）

图1.1单电极电致发光纤维的发光性能测试。（a）纤维在水中的发光图；（b）纤维在水中的发光放大图；（c）纤维弯折的发光图；（d）纤维弯折60°和120°下的发光功率密度；（e）不同电压下的发光光谱；（f）色度图；（g）不同电压下发光图；（h）不同频率下发光图；（i）不同角度测得的发光强度

图1.2不同浓度盐溶液发光实物图

Na+和Cl−是汗液中含量最多的离子。单电极电致发光纤维可检测的氯化钠浓度范围为0.17～5.128mmol/L（质量分数0.001%～0.03%），而人的汗液中Na+和Cl−的浓度范围为1～10mmol/L。据报道，当女性氯化钠浓度大于4mmol/L时，她们的后代患囊性纤维化的风险显著增加。然而，传统的汗液测试结果是以电信号的方式输出的，电信号需要进一步地转换为数字或曲线来供人们读取，无法实现直接可视化的检测。由于离子浓度越高，离子在交变电场下发生偏转所需要的能量越多，所以导致施加在发光材料上面的电场强度会降低，最后导致发光强度变弱，导致发光纤维的发光强度随浓度的变化而改变。

电压放大器推荐：ATA-214高压放大器