Forskerhold udvikler en vaskbar, gennemsigtig og fleksibel OLED med MXene nanoteknologi

Gennemsigtige og fleksible skærme, som har fået meget opmærksomhed på forskellige områder, herunder bilskærme, bio-sundhedspleje, militær og mode, er faktisk kendt for at gå i stykker let, når de oplever små deformationer. For at løse dette problem udføres der aktiv forskning i mange gennemsigtige og fleksible ledende materialer såsom kulstofnanorør, grafen, sølvnanotråde og ledende polymerer.

Et fælles forskerhold ledet af professor Kyung Cheol Choi fra KAIST School of Electrical Engineering og Dr. Yonghee Lee fra National Nano Fab Center (NNFC) annoncerede den succesfulde udvikling af en vandafvisende, gennemsigtig og fleksibel OLED ved hjælp af MXene nanoteknologi. Materialet kan udsende og transmittere lys, selv når det udsættes for vand.

Denne forskning blev offentliggjort som en forsidehistorie af ACS Nano under titlen "Meget luftstabile, fleksible og vandafvisende 2D titancarbide MXene-baserede RGB Organic Light-Emitting Diode Displays for Transparent Free-Form Electronics."

MXene er et 2D-materiale med høj elektrisk ledningsevne og optisk transmittans, og det kan fremstilles i stor skala gennem løsningsprocesser. På trods af disse attraktive egenskaber var MXenes anvendelser dog begrænset som en langsigtet elektrisk enhed på grund af dens elektriske egenskaber, der let nedbrydes af atmosfærisk fugt og vand. Materialet kunne derfor ikke systemiseres i form af en matrix, der kan vise information.

Professor Chois forskerhold brugte en indkapslingstaktik, der kan beskytte materialer mod oxidation forårsaget af fugt og ilt til at udvikle en MXene-baseret OLED med lang levetid og høj stabilitet mod eksterne miljøfaktorer. Forskerholdet fokuserede først på at analysere nedbrydningsmekanismen for MXenes elektriske ledningsevne og koncentrerede sig derefter om at designe en indkapslingsmembran.

Holdet blokerede fugt og gav fleksibilitet gennem resterende spændingsforskydning, hvilket i sidste ende producerede en dobbeltlags indkapslingsmembran. Derudover blev en tynd plastfilm med en tykkelse på nogle få mikrometer fastgjort til det øverste lag for at tillade vask i vand uden nedbrydning.

Gennem denne undersøgelse udviklede forskerholdet en MXene-baseret rød(R)/grøn(G)/blå(B) OLED, der udsender en lysstyrke på mere end 1.000 cd/m ² som kan detekteres med det blotte øje selv under sollys, og derved opfylder betingelserne for udendørs visninger. Hvad angår den røde MXene-baserede OLED, bekræftede forskerne en standby-lagringstid på 2.000 timer (under 70 % luminescens), en standby-driftlevetid på 1.500 timer (under 60 % luminescens) og en fleksibilitet, der modstår 1.000 cyklusser under en lav krumning på under 1,5 mm.

Derudover viste de, at dens ydeevne blev opretholdt selv efter seks timers nedsænkning under vand (under 80 % luminescens). Desuden blev en mønsterteknik brugt til at producere den MXene-baserede OLED i form af en passiv matrix, og holdet demonstrerede dens brug som en gennemsigtig skærm ved at vise bogstaver og former.

Ph.D. kandidat So Yeong Jeong, der ledede denne undersøgelse, sagde:"For at forbedre pålideligheden af ​​MXene OLED fokuserede vi på at producere en passende indkapslingsstruktur og et passende procesdesign." Hun tilføjede:"Ved at producere en matrix-type MXene OLED og vise enkle bogstaver og former har vi lagt grundlaget for MXenes anvendelse inden for gennemsigtige skærme."

Professor Choi sagde:"Denne forskning vil blive retningslinjen for anvendelse af MXene i elektriske enheder, men vi forventer, at den også bliver anvendt på andre områder, der kræver fleksible og gennemsigtige skærme som biler, mode og funktionelt tøj. Og for at udvide kløften med Kinas OLED-teknologi skal disse nye OLED-konvergensteknologier fortsat udvikles."

Flere oplysninger: Så Yeong Jeong et al., Meget luftstabil, fleksibel og vandafvisende 2D titancarbide MXene-baserede RGB Organic Light-Emitting Diode Displays for Transparent Free-Form Electronics, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c00781

Journaloplysninger: ACS Nano

Leveret af Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)