交流电致发光器件（ACEL）是一种由高压交流电驱动的低能耗柔性发光器件，在航空航天、生物医学、仪器、照明、显示成像等领域有着广泛应用。电致发光（EL）指的是电子在弛豫过程中将电能转化为光能的一种现象。无机材料产生的电致发光现象可分为强电场电致发光和注入式电致发光两类。
在强电场电致发光中，ZnS 是应用最早、也是最广为人知的荧光粉基质材料。电致发光器件的电学及光电特性，主要取决于基质材料，发光中心或者活化剂被高能电子碰撞激发或者碰撞电离从而发光，光线的颜色以及光线的波长是发光中心所决定的。ZnS:Al 是一种常见的能够发射绿光的荧光粉，常用于电致发光、平板显示器等。随着柔性显示器、人机交互、可穿戴设备和物联网的不断发展，交流电致发光器件将会有更多应用场景。
交流电致发光器件通常需要高压交流电来驱动，一般需要复杂的升压和倍频电路，对能源系统的依赖会限制交流电致发光器件的进一步发展。随着物联网时代的到来，亟需一种小型化的持久型分布式能源。2012 年中科院外籍院士王中林等人发明的摩擦纳米发电机（TENG）有望满足上述能源需求。
TENG 将摩擦起电效应和静电感应效应耦合，以麦克斯韦位移电流的第二分量为核心理论，可有效地收集环境机械能，即使在低频条件下也具有良好的输出性能。TENG 主要有四种工作模式：接触分离式，滑移式，单电极式和独立层式。大多数 TENG 通过两个电极间传导电流的振荡产生交流电压，现已被广泛应用于自驱动传感器、微纳能源、蓝色能源、高压供电、生物医学、无线通信等领域。
TENG 具有高电压低电流的输出特性，适合作为众多应用场景下的电源供应。到目前为止，研究人员已将 TENG 应用在需要高压供能的多种场景。例如，由 TENG 驱动的高压静电场可以激发氩气、氦气、氮气等气体，产生等离子体和紫外辐射，从而用于表面处理和紫外杀菌等。用旋转独立层式 TENG 驱动电流体动力喷墨打印，从而实现高分辨率电子印刷。此外，TENG 还可以用于细胞打印，从而打印出规格可控、具有超高生物活性，包载活细胞的水凝胶微球等等。
ACEL 作为一种低功耗的移动式电子器件，迫切需要减少对电源系统的依赖。考虑到工作环境复杂，并且移动便携式应用场景对其成本和质量有一定要求，太阳能发电、电磁发电或压电等都不适合为其供能。相比之下，TENG 天然具有高压交流输出、低成本、优良的便携性与可扩展性等特点，非常适合用于驱动交流电致发光器件。事实上，一些学者已经进行了相关研究并成功使用 TENG 来驱动交流电致发光器件。但是，TENG 的输出电压往往受到面积、材料、粗糙度、湿度等因素的影响，可能导致交流电致发光器件的亮度较低低，无法达到应用要求。
基于此，清华大学机械工程系程嘉副研究员团队提出一种利用 TENG 为交流电致发光器件供电的新技术，并设计了一种结合 TENG 和可变电容的复合结构器件，可收集环境中的机械能来产生交流高电压，进而为交流电致发光器件供能。
日前，相关论文以《基于电容驱动策略的摩擦电纳米发电机供能交流电致发光器件》（Alternating Current Electroluminescent Device Powered by Triboelectric Nanogenerator with Capacitively Driven Circuit Strategy）为题，发表在 Advanced Functional Materials 上[1]，共同第一作者为刘旭、张茂源。
图 | 相关论文（来源：Advanced Functional Materials）研究中，他们引入了一个电容驱动电路，来解决无电路增强的 TENG 难以驱动相同面积交流电致发光器件的问题。考虑到环境中机械能收集的实际情况、以及应用中小型化的需求，该团队设计了一种尺寸为 80×80 mm^2 的 TENG 复合结构，来驱动电容式交流电致发光器件器件。
图 | ACEL器件的结构图（来源：Advanced Functional Materials）在论文中，他们首先介绍了交流电致发光器件的制备和光学性质表征。接着提出了一种能够驱动交流电致发光器件的通用性电容驱动电路。在一个小面积 TENG 中加入倍压整流电路和可变电容，可以产生用以驱动一定数量的电容性器件的高压交流电。然后，他们展示了交流电致发光器件串联结构和包含可变电容器的 TENG 复合结构器件。最后他们对 TENG 和电容驱动电路的输出性能进行了系统的表征，证明了该方法可以产生高压交流电，从而有效地驱动电容式交流电致发光器件。
图 | ACEL串联结构以及复合器件的结构（来源：Advanced Functional Materials）该技术最重要的创新点是利用电容驱动电路，显著提高了发电机的输出电压，降低了对器件面积、材料以及环境湿度等方面的限制。相比直接将电致发光器件与 TENG 连接的传统方法，该技术的电压峰峰值是传统方法的 2.3 倍，转移电荷量增加到 3.4 倍。
因此，该工作实现了基于紧凑复合结构摩擦纳米发电机的自供能电致发光器件，其具有更高的效率和更好的柔性及便携性，可应用于软机器人、功能显示器、智能皮肤和可穿戴电子设备等领域。
此外，该电容驱动电路策略普遍适用于需要高压交流电的电容式器件，为摩擦纳米发电机的交流电压幅值提升提供了一种简单实用的方法。
另据悉，该电容驱动策略具有通用性，可应用于其他需要高压交流电源的电容式器件，扩展可移动电子器件等类似器件的应用。该工作为交流电致发光器件在软机器人、功能显示器、智能皮肤、可穿戴电子设备等领域的广阔应用打开了一个窗口。这种复合器件还可减少交流电致发光器件对电源系统的依赖，以扩展其在移动电子设备中的应用。
