Todimensionel MXene som et nyt elektrodemateriale til næste generations display

Forskere i USA og Korea rapporterede de første effektive fleksible lysemitterende dioder med en todimensionel titaniumcarbid MXene som en fleksibel og gennemsigtig elektrode. Disse MXene-baserede lysemitterende dioder (MX-LED) med høj effektivitet og fleksibilitet er opnået via præcis interface engineering fra syntesen af ​​materialet til applikationen.

Fleksible skærme har udviklet sig i et hurtigt tempo, og det globale fleksible displaymarked har vokset hurtigt gennem årene. Udvikling af fleksible gennemsigtige ledende elektroder (TCE'er) med enestående fleksibilitet og elektrisk ledningsevne er et af nøglekravene til næste generations displays, fordi indiumtinoxid (ITO), den konventionelle TCE, er skørt. Forskellige materialer som grafen, ledende polymerer og metal nanotråde er blevet foreslået, men deres utilstrækkelige elektriske ledningsevne, lav arbejdsfunktion og kompliceret elektrodefremstilling begrænsede deres praktiske anvendelse.

MXenes, en ny familie af todimensionale materialer

MXenes, en ny klasse af todimensionale materialer opdaget på Drexel University i 2011, bestå af få-atomer tykke lag af overgangsmetalcarbider eller nitrider. De har vist imponerende egenskaber såsom metallignende elektrisk ledningsevne og afstemmelige overflade- og elektroniske egenskaber, giver nye muligheder for de forskellige teknologiområder. Siden deres opdagelse, deres anvendelse er blevet undersøgt på en række områder, såsom metalion-batterier, sensorer, gas og elektrokemisk lagring, energiudstyr, katalysatorer og medicin. MXener har udvist potentiale som fleksible elektroder på grund af deres overlegne fleksibilitet. Imidlertid, udforskning af MXener i fleksible elektroder til optoelektroniske enheder startede for nylig, fordi de konventionelle MXene -film ikke opfylder kravene til arbejdsfunktion og ledningsevne i lysdioder og solceller, og kan nedbrydes, når de udsættes for det sure vandbaserede hulinjektionslag (HIL).

MXene til fleksibel LED-applikation

Et internationalt team af forskere fra Seoul National University og Drexel University, ledet af Tae-Woo Lee og Yury Gogotsi fokuserede på overflade- og grænseflademodulering af de løsningsbehandlede MXene-film for at lave et ideelt MXene/HIL-system. De afstemte overfladen af ​​MXene-filmen til at have en høj arbejdsfunktion (WF) ved lavtemperaturvakuumglødning, og HIL er designet til at være pH-neutral og fortyndes med alkohol, forhindrer skadelig overfladeoxidation og nedbrydning af elektrodefilmen. MXene/HIL -systemet foreslået af teamet giver fordele for enhedens effektivitet på grund af effektiv indsprøjtning af huller til det emitterende lag ved at danne en næsten ideel Ohmisk kontakt.

Ved at bruge MXene/HIL-systemet, holdet fremstillede højeffektive grønne organiske LED'er (OLED'er) på over 100 cd/A, som stemmer godt overens med de teoretiske maksimumværdier og er ganske sammenlignelig med de konventionelle ITO-baserede enheder. Endelig, fleksible MXene-LED'er på et plastiksubstrat viser enestående bøjningsstabilitet, mens ITO-LED'erne ikke kunne modstå bøjningsbelastningen. Det er den første rapport, der demonstrerer meget effektive OLED'er, der bruger et enkelt lag 2-D titaniumcarbid MXene som en fleksibel elektrode.

Denne forskning er publiceret i det fremtrædende tidsskrift Avancerede materialer . Forfatterne forklarer yderligere:"Resultaterne af interface-manipuleret MXene-film og de MXene-elektrodebaserede fleksible organiske lysdioder viser det stærke potentiale i den løsningsprocesserede MXene TCE til brug i næste generations optoelektroniske enheder, der kan fremstilles ved hjælp af billige omkostninger løsningsteknologi. "