通过弹性微相工程发光层和双嵌入电极实现高亮度与高可拉伸性的本征可拉伸有机发光二极管

像皮肤一样能拉伸的明亮屏幕

想象一种发光腕带显示屏，能随着皮肤弯曲、扭转和拉伸而不变暗也不断裂。本研究通过构建一种新型有机发光二极管（OLED），将这一设想向现实推进——这种器件不仅可弯曲，而且真正可拉伸。研究人员展示了如何制造既能承受远超人体日常运动应变的强烈拉伸，又能保持高亮度的发光薄膜和透明电极。他们的方法可能成为未来可穿戴显示、柔性医疗监测器以及更像衣物而非小工具的电子产品的基础。

为什么普通屏幕跟不上

传统 OLED 屏幕，即便是当今手机和手表上的可弯曲屏，也并未设计用于应对肘部、膝盖或关节周围可能出现的 40–100% 拉伸。发光材料通常较为刚性，拉伸时会开裂；为其供电的透明电极也容易像薄玻璃一样断裂。本征可拉伸 OLED 的目标是从一开始就让每一层——从发光薄层到导线——都柔软且可拉伸。然而直到现在，还没有哪一种器件能在达到非常高亮度和良好能效的同时，实现超过 100% 的拉伸而不迅速退化。

让发光层更像橡胶

团队首先关注器件核心的绿色发光薄膜。他们将一种常规发光聚合物与三种不同的橡胶状添加剂混合，这些添加剂由略有差异的构件单元构成。一个关键洞见是：橡胶本身具备可拉伸性还不够，它还必须在分子水平上与发光聚合物实现良好共混。当采用一种称为 SBS 的添加剂且用量很小时，它在发光材料中形成了精细的三维形态，而不是聚成大块。在这种结构中，发光聚合物形成连续的电荷传输网络，而微小的 SBS 域则作为内建的减震器，在薄膜被拉伸时分散机械应力。

平衡拉伸性、强度与光学性能

这种精心共混的薄膜实现了罕见的平衡：在显著提高可拉伸性的同时，其电学和光学性能反而有所改善。测试表明，含约 10% SBS 的薄膜可拉伸性是原始材料的数倍，并能抵抗裂纹。同时电学测量显示，电子和空穴——产生光所需会合的两种电荷——可以更均匀地在材料中移动。薄膜的光输出、能效和色彩稳定性都保持在较高水平，而使用其他橡胶添加剂的共混物由于混合不良和内部大尺度分离而表现欠佳。显微学和 X 射线研究证实，SBS 帮助发光聚合物更有序地堆积，提升了电荷与光的传输通道，而其柔软域则转移并分散了机械应力。

设计可拉伸的透明电极

与发光层同等重要的是传导器件进出电流的透明电极。研究者通过将银纳米线编织进可拉伸塑料并在下层加入一层薄的导电聚合物，构建了一种新的“双嵌入”电极。与通常从刚性基底剥离这一脆弱网络常会产生断裂不同，他们让其浮在水面上以便温和脱离。由此得到的薄膜表面平整、透光性高且比早期设计更具导电性，同时在多次拉伸后电阻仅有适度增加。塑料基体还在数月的大气暴露中保护了银网络，减少损伤与腐蚀。

创纪录的可拉伸光源

将经 SBS 增强的发光薄膜与双嵌入电极相结合，并采用也能变形的液态金属顶触点，团队构建出了一种完全可拉伸的 OLED。该器件达到超过 30,000 坎德拉每平方米的亮度——接近刚性实验室 OLED 的水平——同时可拉伸到原始长度的 120%。即使在以 15% 应变进行 100 次拉伸-释放循环后，其初始亮度仍保持约 90%。对日常用户而言，这意味着未来衣物或皮肤上的发光贴片或带状显示可以在正常活动中弯曲、折叠和拉伸而不变暗或失效。这项工作为设计其他同样坚韧且舒适的柔性光源和显示器提供了蓝图。

引用: Lu, Z., Huang, J., Liang, Q. et al. Intrinsically stretchable organic light-emitting-diode with high brightness and stretchability via elastic-microphase-engineered emitter and dual-embedded electrode. Light Sci Appl 15, 182 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02271-z

关键词: 可拉伸 OLED, 可穿戴显示器, 有机电子学, 银纳米线电极, 弹性体共混物