随着可穿戴设备、智能皮肤、植入式医疗器件等新兴领域的快速发展，本征可拉伸光电子器件成为行业研发焦点。与传统 “刚性器件结合柔性基板” 的非本征拉伸方案不同，本征可拉伸OLED要求所有组件（包括发光层、电极等）均具备固有拉伸特性，能够在反复形变过程中保持稳定性能，从而实现与人体皮肤、器官等复杂曲面的紧密贴合。OLED是柔性显示的首选方案，但本征可拉伸OLED的产业化进程长期受困于阴极技术的多重限制。阴极作为电子注入的关键通道，需同时满足三大核心要求：高效电子注入能力、优异机械拉伸稳定性、高光学反射率。

然而，传统柔性阴极材料均存在致命缺陷：a. 银纳米线（AgNW）、碳纳米管等碳基材料：工作函数高，电子注入效率低，且拉伸过程中电阻变化显著，反射率不足10%，影响器件亮度与出光效率；b. PEDOT:PSS等导电聚合物：工作函数高，电子注入障碍严重，机械强度差，长期拉伸易失效；c. 液态金属（如镓铟共晶合金，EGaIn）：虽具备低工作函数和优异拉伸性，但存在两大难题 —— 喷雾沉积时氧化层会阻碍电子注入，且高表面张力导致图案化困难，无法满足高分辨率器件需求；d. 液态金属颗粒（LMP）：离散的颗粒形态导致界面接触不良， 面电阻很高，反射率极低，难以实现高效电荷传输与光提取。

图1. 混合液态金属阴极的制备流程及其在本征可拉伸OLED中的应用

近日，韩国科学技术院（KAIST）、美国芝加哥大学与苏州大学联合科研团队在国际顶级学术期刊《先进材料》发表了一项研究成果，成功研发出混合液态金属（Hyb-LM）阴极技术。该技术通过 “表面液态金属层结合底层液态金属颗粒层” 的双层架构设计，攻克了传统柔性阴极电子注入效率低、机械稳定性差、光学反射率不足等困难，实现了高性能本征可拉伸OLED的重大突破。基于该阴极的可拉伸OLED器件开启电压低至3.0V，最大亮度达17670 cd/m²，电流效率高达10.35 cd/A，各项核心指标均刷新行业纪录。

科研团队创新性地提出Hyb-LM阴极架构，通过选择性破裂表面液态金属颗粒，构建 “连续液态金属表面层结合底层液态金属颗粒层” 的双层结构，实现了电子注入效率、机械稳定性与光学性能的协同优化。该方案巧妙融合了液态金属的低工作函数优势与液态金属颗粒的机械稳定性，从结构设计、制备工艺到材料匹配形成完整技术体系。

（一）核心结构创新：双层复合架构的协同效应

Hyb-LM阴极的核心突破在于双层结构的功能分工与协同作用：a. 表面层：由连续的液态金属（EGaIn）构成，厚度均匀且无氧化层，具备低工作函数、高导电性和高反射率，能够高效注入电子并最大化光提取效率；b. 底层：由部分嵌入弹性体中的LMP组成，作为 “润湿框架” 为表面液态金属层提供机械支撑，同时在拉伸过程中通过颗粒间接触面积的增加，补偿表面层的电阻变化，确保电极在大应变下的电学稳定性。

这种双层架构从根本上解决了传统液态金属阴极的固有缺陷：底层LMP的存在避免了表面液态金属层在拉伸时的断裂与团聚，而表面连续LM层则克服了LMP离散分布导致的高电阻与低反射率问题。扫描电子显微镜表征显示，两层结构无缝衔接，形成了致密且均匀的导电网络，界面接触良好。

图2. 混合液态金属的可行图案化工艺及其光电子材料特性

（二）制备工艺：精准调控的颗粒破裂与图案化技术

为实现双层结构的精准构建，研究团队开发了 “超声制备-喷雾沉积-压印活化” 的三步制备工艺，核心步骤如下：a. 液态金属颗粒制备：将EGaIn分散于异丙醇中，通过10秒超声处理制备尺寸约3μm的LMP，该尺寸经过优化 —— 既能保证颗粒在剥离过程中保持离散形态，又能在压印时破裂形成连续层；b. 复合基底制备：将LMP溶液喷雾沉积于经氟硅烷功能化的硅片上，滴涂聚二甲基硅氧烷（PDMS）弹性体并固化后，小心剥离形成LMP-PDMS复合基底，此时LMP部分嵌入PDMS中，形成稳定的底层结构；c. 表面层活化：通过PDMS压印对复合基底施加机械力，使表面LMP破裂并融合，形成连续的液态金属表面层，最终得到Hyb-LM阴极。

该工艺的关键创新在于尺寸精准控制与无氧环境处理：3μm的LMP具备最优弹性模量，能够在压印力作用下精准破裂，而无氧环境则避免了液态金属氧化层的形成，确保电子注入效率。此外，该工艺还实现了200μm分辨率的图案化，可制备星形、心形等复杂形状电极，满足高分辨率显示器件的需求。

为充分发挥Hyb-LM阴极的性能优势，研究团队设计了全拉伸器件架构，各层材料均经过拉伸性与能级匹配优化：a. 阳极：AgNW嵌入TPU-PDMS复合基质，兼具高导电性与拉伸稳定性；b. 空穴传输层：添加5 wt.% Triton X 的PEDOT:PSS，提升材料拉伸性与界面相容性；c. 发光层：添加Triton X的Super Yellow（SY）聚合物，具备良好的拉伸恢复能力；d. 电子注入层：PEIE与PFN-Br的共混物，不仅具备高拉伸性，还能将Hyb-LM阴极的工作函数进一步降低，大幅减小电子注入势垒；e. 阴极：Hyb-LM双层结构，与电子注入层形成良好能级匹配。

图3. 采用混合液态金属阴极的刚性OLED的电致发光性能

Hyb-LM阴极的协同设计实现了电子注入效率、机械稳定性与光学性能的全面提升，基于该阴极的本征可拉伸OLED在各项核心指标上均实现跨越式突破，展现出卓越的综合性能。

（一）核心电学性能：高效注入与低功耗优势

Hyb-LM阴极的低工作函数与低面电阻赋予器件优异的电荷传输能力：

a. 开启电压低至3.0V，较传统AgNW阴极器件降低30%以上，接近刚性铝阴极OLED水平；b. 最大亮度达17670 cd/m²，是现有本征可拉伸OLED的1.7倍以上，能够满足户外强光环境下的显示需求；

c. 电流效率高达10.35 cd/A，外量子效率（EQE）达3.55%，较传统方案提升2倍以上，接近刚性OLED的性能水平；

d. 电子注入能力显著优于传统柔性阴极：Hyb-LM阴极的电子注入开启电压仅为3.3V，而AgNW阴极则高达6.5V，电容-电压测试进一步证实，Hyb-LM器件的电荷注入阈值低至1.80V，远低于AgNW器件的3.15V。

（二）机械拉伸稳定性：形变下性能保持不变

Hyb-LM阴极展现出卓越的机电稳定性，彻底解决了传统柔性电极拉伸时电阻飙升的难题：

a. 拉伸至150%应变时，电阻变化率（R/R₀）仅为1.03，远优于AgNW（R/R₀>2.0）和PEDOT:PSS（R/R₀>5.0），且在50%、100%、150%应变下经过2000次循环拉伸后，电阻仍保持稳定，无明显衰减；

b. 器件在60%应变下仍能保持优异性能：电流效率为初始值的91%，电流密度保持81%，亮度维持74%，显著优于AgNW阴极器件；

c. 具备多维度形变适应性：在弯曲、扭转等复杂形变模式下，器件发光均匀性良好，无明显暗斑或失效区域，能够适配人体运动、器官活动等实际应用场景的形变需求。

d. 这种卓越的机械稳定性源于双层结构的协同作用：拉伸时，底层LMP颗粒间的接触面积增加，补偿了表面LM层的轻微电阻变化，从而实现整体电阻的稳定。

图4. 基于混合液态金属的高性能本征可拉伸OLED

（三）光学性能与可靠性：高反射率与长寿命优势

Hyb-LM阴极的连续表面结构赋予其优异的光学反射性能与长期可靠性：

a. 反射率高达90%，是AgNW、PEDOT:PSS等传统柔性阴极的9倍以上，有效提升了器件的光提取效率，使单侧出光器件的亮度大幅提升；

b. 器件长期稳定性优异：在100 cd/m²亮度下，T50寿命达7.41小时；600 cd/m²亮度下T50为2.66小时，较现有本征可拉伸OLED提升3倍以上；

c. 高分辨率图案化能力：实现200μm特征尺寸的精准图案化，成功制备4×4交叉阵列可拉伸OLED，像素分辨率达500μm，为高分辨率柔性显示提供了可能。

此外，该技术还具备广泛的适用性，将Hyb-LM阴极应用于铟磷（InP）量子点LED（QLED）时，同样实现了3.0V 的低开启电压和11100 cd/m² 的高亮度，证明其在多种柔性光电子器件中的普适性。

DOI：10.1002/adma.202518254