輕工學(xué)院劉國棟教授在紙電子學(xué)及印刷電子領(lǐng)域發(fā)表系列重要研究成果

紙張作為主要載體，在工業(yè)和民生體系中都起著非常重要的作用，也承載著社會(huì)文化與文明的傳承。隨著電子功能材料及其溶液化的不斷發(fā)展，在綠色印刷先進(jìn)制造的支持下，越來越多的功能材料與紙張結(jié)合，開發(fā)出各類環(huán)保型紙張電子信息化顯示的新功能。近日，我校輕工科學(xué)與工程學(xué)院（柔性電子學(xué)院）李志健教授團(tuán)隊(duì)劉國棟教授以紙基材料為基底，探索了紙面信息的光調(diào)制智能顯示、自供能系統(tǒng)、能量存儲(chǔ)及信息防偽等方面的內(nèi)容，在紙電子學(xué)及印刷電子領(lǐng)域取得了系列重要研究成果。

主要研究工作如下：

【工作1】：受到樹木年輪結(jié)構(gòu)啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡化的全向摩擦納米發(fā)電機(jī)（O-TENG）和環(huán)形嵌套電極結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在任意角度下的滑動(dòng)能量收集與電信號(hào)獲取。全印刷的O-TENG智能標(biāo)簽，能夠?qū)崿F(xiàn)多模式的應(yīng)用，在自充電電源、光調(diào)制系統(tǒng)和滑動(dòng)監(jiān)測中展示了極大的便利性。例如，貼于衣服表面可形成一種跑步交互的光調(diào)制顯示系統(tǒng)；貼敷于包裝表面可作為智能傳感標(biāo)簽，用于監(jiān)測貴重物件的多角度突發(fā)滑動(dòng)。

相關(guān)成果發(fā)表在國際知名期刊Nano Energy（2025, 135: 110631）上。通訊作者為陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院劉國棟教授，碩士研究生王要李為本論文第一作者。

【工作2】：通過導(dǎo)電性、電容性和電致變色性能的協(xié)同增強(qiáng)，印刷制備了具有寬色域、雙電極顏色組合及增強(qiáng)性能的紙面光調(diào)制顯示系統(tǒng)。同時(shí)，利用紙張的摩擦起電特性，構(gòu)建了由雙面發(fā)電摩擦納米發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多信息顯示、儲(chǔ)能增強(qiáng)和高能量回收利用率的自充電能量顯示系統(tǒng)（SPEDS），并將此系統(tǒng)作為運(yùn)動(dòng)紙腕帶，在運(yùn)動(dòng)摩擦中，顯示相關(guān)信息。

相關(guān)成果發(fā)表在國際知名期刊Nano Energy（2024, 128: 109903）上。通訊作者為陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院劉國棟教授，碩士研究生王要李為主要完成人。

【工作3】：通過紙面的本征粗糙度和凹版印刷的微觀結(jié)構(gòu)，有效提升了紙面功能層的電化學(xué)性能。同時(shí)，基于霍夫邁斯特效應(yīng)以及紙張表面電極界面與電解質(zhì)的耦合增強(qiáng)作用，開發(fā)了一種新型耐低溫（-40 ℃）、全固態(tài)紙基自供能電致變色器件。

相關(guān)成果發(fā)表在國際知名期刊Journal of Materials Chemistry A（DOI: 10.1039/D4TA08719D）和ACS Applied Materials & Interfaces（2024, 16(40): 54316-54327）上。通訊作者為陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院劉國棟教授，碩士研究生陳淑月、陶夢欣分別為上述論文主要完成人。

【工作4】：通過聚苯胺電極和合成的1-甲基-4,4’-聯(lián)吡啶碘化物（MBI）的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，制備了多色電致變色器件。不僅能簡化器件結(jié)構(gòu)，同時(shí)增強(qiáng)器件的色彩豐富性（呈現(xiàn)紅、黃、綠、藍(lán)、紫的寬色域）。利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備的光調(diào)制顯示器件，可以實(shí)現(xiàn)圖案的顯示和隱藏。該器件可應(yīng)用于智能窗、防偽和智能包裝等領(lǐng)域。

相關(guān)成果發(fā)表在國際知名期刊Journal of Colloid and Interface Science（2024, 655: 493-507）上。通訊作者為陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院劉國棟教授，碩士研究生王子健為本論文主要完成人。

【工作5】：借鑒傳統(tǒng)色版疊印和顏色合成的基本原理，通過對(duì)顏色信息的相位調(diào)制和融合機(jī)制的研究，構(gòu)建了基于二維信息水平的三維數(shù)字信息生成模型，并表現(xiàn)出很好的魯棒性。相關(guān)成果發(fā)表在信息科學(xué)領(lǐng)域的國際知名期刊Information Processing & Management（2023, 60(1): 103122）上，通訊作者劉國棟教授，碩士研究生汪賀延為本論文主要完成人。

【工作6】：基于在印刷電子制造方法及紙電學(xué)方面的研究經(jīng)驗(yàn)，綜述了具有仿生微結(jié)構(gòu)的柔性觸覺傳感器的機(jī)制、制造方式與應(yīng)用場景。該綜述發(fā)表于國際知名綜述類期刊Advances in Colloid and Interface Science（2023, 320: 102988），通訊作者為劉國棟教授，博士碩士研究生張卓清為本論文第一作者。

（核稿：劉國棟 編輯：趙誠）