Transparenta och flexibla displayer, som har fått mycket uppmärksamhet inom olika områden, inklusive bildisplayer, biosjukvård, militär och mode, är faktiskt kända för att lätt gå sönder när de upplever små deformationer. För att lösa detta problem bedrivs aktiv forskning på många transparenta och flexibla ledande material som kolnanorör, grafen, silvernanotrådar och ledande polymerer.
En gemensam forskargrupp ledd av professor Kyung Cheol Choi från KAIST School of Electrical Engineering och Dr Yonghee Lee från National Nano Fab Center (NNFC) tillkännagav den framgångsrika utvecklingen av en vattentät, transparent och flexibel OLED med MXene nanoteknik. Materialet kan avge och överföra ljus även när det utsätts för vatten.
Denna forskning publicerades som en framsida av ACS Nano under titeln "Mycket luftstabila, flexibla och vattentåliga 2D-titankarbid MXene-baserade RGB Organic Light-Emitting Diode Displays for Transparent Free-Form Electronics."
MXene är ett 2D-material med hög elektrisk ledningsförmåga och optisk transmittans, och det kan produceras i stor skala genom lösningsprocesser. Men trots dessa attraktiva egenskaper var MXenes applikationer begränsade som en långsiktig elektrisk enhet på grund av att dess elektriska egenskaper lätt försämras av luftfuktighet och vatten. Materialet kunde därför inte systemiseras i form av en matris som kan visa information.
Professor Chois forskargrupp använde en inkapslingstaktik som kan skydda material från oxidation orsakad av fukt och syre för att utveckla en MXene-baserad OLED med lång livslängd och hög stabilitet mot yttre miljöfaktorer. Forskargruppen fokuserade först på att analysera nedbrytningsmekanismen för MXenes elektriska ledningsförmåga och koncentrerade sig sedan på att designa ett inkapslingsmembran.
Teamet blockerade fukt och gav flexibilitet genom kvarvarande spänningsförskjutning, vilket slutligen producerade ett dubbelskiktat inkapslingsmembran. Dessutom fästes en tunn plastfilm med en tjocklek av några mikrometer på det översta lagret för att tillåta tvättning i vatten utan nedbrytning.
Genom denna studie utvecklade forskargruppen en MXene-baserad röd(R)/grön(G)/blå(B) OLED som avger en ljusstyrka på mer än 1 000 cd/m 2 som kan upptäckas med blotta ögat även i solljus, och uppfyller därmed villkoren för utomhusvisningar. När det gäller den röda MXene-baserade OLED:n bekräftade forskarna en standby-lagringstid på 2 000 timmar (under 70 % luminescens), en standby-driftstid på 1 500 timmar (under 60 % luminescens) och en flexibilitet som tål 1 000 cykler under en låg krökning på under 1,5 mm.
Dessutom visade de att dess prestanda bibehölls även efter sex timmars nedsänkning under vatten (under 80 % luminescens). Dessutom användes en mönstringsteknik för att producera den MXene-baserade OLED i form av en passiv matris, och teamet demonstrerade dess användning som en transparent display genom att visa bokstäver och former.
Ph.D. kandidat So Yeong Jeong, som ledde denna studie, sa:"För att förbättra tillförlitligheten hos MXene OLED fokuserade vi på att producera en adekvat inkapslingsstruktur och en lämplig processdesign." Hon tillade, "Genom att producera en matristyp MXene OLED och visa enkla bokstäver och former har vi lagt grunden för MXenes applikation inom området för transparenta skärmar."
Professor Choi sa:"Denna forskning kommer att bli riktlinjen för att tillämpa MXene i elektriska apparater, men vi förväntar oss att den även ska tillämpas inom andra områden som kräver flexibla och transparenta displayer som bilar, mode och funktionella kläder. Och för att vidga klyftan. med Kinas OLED-teknik måste dessa nya OLED-konvergensteknologier fortsätta att utvecklas."
Mer information: Så Yeong Jeong et al, mycket luftstabila, flexibla och vattentåliga 2D titankarbid MXene-baserade RGB Organic Light-Emitting Diode Displays for Transparent Free-Form Electronics, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c00781
Journalinformation: ACS Nano
Tillhandahålls av Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
