Neues dehnbares OLED behält über 90 % seiner Helligkeit und bringt mobile und tragbare Technologie voran

Andrew Corselli

Forscher der Drexel University und der Seoul National University haben organische Leuchtdioden (OLEDs) entwickelt, die mobile Technologiedisplays verbessern und tragbare Technologie ermöglichen könnten. (Bild:Drexel University)

Die organische Leuchtdioden-Technologie (OLED), die hinter flexiblen Mobiltelefonen, gebogenen Monitoren und Fernsehern steckt, könnte eines Tages zur Herstellung von Sensoren auf der Haut genutzt werden, die Änderungen der Temperatur, des Blutflusses und des Drucks in Echtzeit anzeigen. Eine internationale Zusammenarbeit unter der Leitung von Forschern der Seoul National University (SNU) in der Republik Korea und der Drexel University hat eine flexible und dehnbare OLED entwickelt, die die Technologie für diesen Einsatz und eine Reihe neuer Anwendungen auf den richtigen Weg bringen könnte.

Kürzlich berichtet in Nature Ihre Arbeit verbessert die bestehende Technologie durch die Integration einer flexiblen, phosphoreszierenden Polymerschicht und transparenter Elektroden aus MXene-Nanomaterial. Das Ergebnis ist eine OLED, die auf das 1,6-fache ihrer ursprünglichen Größe gedehnt werden kann und dabei den größten Teil ihrer Lumineszenz behält.

„Diese Studie befasst sich mit einer seit langem bestehenden Herausforderung der flexiblen OLED-Technologie, nämlich der Haltbarkeit ihrer Lumineszenz nach wiederholter mechanischer Biegung“, sagte Yury Gogotsi, Ph.D., Distinguished University und Bach-Professor am College of Engineering in Drexel. „Während die Fortschritte bei der Entwicklung flexibler Leuchtdioden erheblich waren, haben sich die Fortschritte im letzten Jahrzehnt aufgrund von Einschränkungen durch die transparente Leiterschicht, die ihre Dehnbarkeit einschränkt, abgeschwächt.“

Hier ist ein exklusiver Tech Briefs Interview, aus Gründen der Länge und Klarheit bearbeitet, mit Gogotsi.

Technische Kurzinformationen :Was war für Sie die größte technische Herausforderung bei der Entwicklung der ExciPh-Schicht (Exciplex-Assisted Phosphorescent)?

Gogotsi :Die ExciPh-Schicht wurde an der Seoul National University von Professor Tae-Woo Lee und seinem ehemaligen Doktoranden entwickelt. Student Huanyu Zhou (derzeit Postdoc an der Georgia Tech). Hier ist, was Huanyu kommentierte:„Wir haben uns gefragt:Warum können wir die fortschrittlichste Physik starrer OLEDs – insbesondere Exciplex-unterstützte Phosphoreszenz – nicht auf ein dehnbares Format anwenden? Exciplex-Wirte sind brillant, weil sie eine effiziente Energieübertragung über große Entfernungen auf phosphoreszierende Dotierstoffe ermöglichen und so den Energieverlust minimieren. Doch die Umsetzung in ein dehnbares System war leichter gesagt als getan. Die meisten Hochleistungs-Exciplex-Wirte sind kleine Moleküle, die bei Dehnung kristallisieren und reißen. Wir brauchten ein System, das seinen elektronischen „Handschlag“ auch dann aufrechterhielt, wenn Moleküle auseinandergerissen wurden. Der entscheidende Wendepunkt in unserer Forschung war die Entwicklung des dehnbaren Exciplex-unterstützten Phosphoreszenzsystems (ExciPh). Durch die sorgfältige Mischung von intrinsisch dehnbaren Elastomeren mit spezifischen organischen Molekülen haben wir eine Emissionsschicht geschaffen, die bei 200 Prozent Belastung eine stabile Filmmorphologie beibehält, ohne zu reißen.“

Technische Kurzinformationen :Können Sie bitte in einfachen Worten erklären, wie es funktioniert?

Gogotsi :Das Schöne am ExciPh-System liegt in seinem Elastomer-toleranten Triplett-Recyclingmechanismus. In typischen dehnbaren OLEDs führt die nicht-konjugierte Natur des Polymers zum Exzitonenverlust durch strahlungslosen Zerfall. Durch die Verwendung eines Exciplex-Wirts als Brücke können wir diese Tripletts recyceln und direkt auf einen phosphoreszierenden Dotierstoff übertragen. Diese Strategie überwindet die Einschränkungen dehnbarer Materialien und ermöglicht es uns, bei vollständig dehnbaren Displays eine externe Quanteneffizienz (EQE) von über 17 Prozent zu erreichen.

Lesen Sie hier mehr darüber in unserer Geschichte „Behind the Paper:Breaking the Efficiency Barrier for the Future of Wearable Displays“ aufNature Research Communities Seite  .

Technische Kurzinformationen :Haben Sie feste Pläne für weitere Forschung/Arbeit/etc.? Wenn nicht, was sind Ihre nächsten Schritte?

Gogotsi :Selbst mit einer perfekten Emissionsschicht ist ein Gerät nur so gut wie seine Elektroden. Um eine hohe Effizienz zu erreichen, benötigt man eine Elektrode, die effektiv Ladungen injiziert und gleichzeitig leitfähig und stabil bei wiederholter Dehnung bleibt. Hier hat MXene hervorragend funktioniert. In unseren früheren Veröffentlichungen mit der Gruppe von Tae-Woo Lee haben wir gezeigt, dass Ti3C2Tx MXene, ein an der Drexel University entdecktes 2D-Material, transparente leitende Elektroden erzeugen kann, die das spröde Indium-Zinn-Oxid ersetzen, das in herkömmlichen OLEDs, Displays und Solarzellen verwendet wird.

MXene bot aufgrund seiner hohen und einstellbaren Arbeitsfunktion Flexibilität und verbesserte Leuchtdichte. Um die Dehnbarkeit zu erhöhen, haben wir jedoch Silbernanodrähte hinzugefügt, die eine elektrische Verbindung auch dann aufrechterhalten können, wenn die Folie um 200 Prozent gedehnt wird. Es ist wichtig zu erwähnen, dass dieser Ansatz zur Herstellung anderer flexibler und dehnbarer Geräte verwendet werden kann, darunter Solarzellen, Displays, Sensoren und epidermale Elektronik. Die zukünftigen Displays und anderen Geräte können tragbar, flexibel und sogar elastisch werden.

Das SNU-Team ist außerdem davon überzeugt, dass das Überschreiten der 17,0-Prozent-EQE-Grenze für vollständig dehnbare OLEDs nur ein Ausgangspunkt ist. Diese Forschung zeigt, dass die „Effizienzlücke“ zwischen starrer und dehnbarer Elektronik kein Naturgesetz ist, sondern eine technische Herausforderung, die gelöst werden kann. Die Gruppe von Professor Lee wird ihre Bemühungen in dieser Richtung fortsetzen.

Technische Kurzinformationen :Gibt es noch etwas, das Sie hinzufügen möchten, das ich nicht angesprochen habe?

Gogotsi :MXene, eine chemisch und strukturell vielfältige Familie von 2D-Übergangsmetallcarbiden, -nitriden und -carbonitriden, bieten eine beispiellose Vielfalt an Zusammensetzungen und Strukturen. Chemisch abstimmbare Oberflächen sind MXenes inhärent, und das Hinzufügen von Oberflächenabschlüssen führt zu über tausend stöchiometrischen Zusammensetzungen. Zusammen mit möglichen gemischten Abschlüssen und festen Lösungen auf M- und Dieser chemische und strukturelle Reichtum ermöglicht eine beispiellose Einstellbarkeit der Eigenschaften in einem breiten Anwendungsspektrum. Die elektrische Leitfähigkeit einer gegebenen MXene-Zusammensetzung kann durch Variation ihrer Oberflächenabschlüsse oder Morphologie von metallisch über halbleitend bis hin zu supraleitend eingestellt werden. Daher können diese Materialien Technologien ermöglichen, die bisher nicht möglich waren. Dehnbare Elektronik ist nur ein Beispiel.

Technische Kurzinformationen :Haben Sie einen Rat für Forscher, die ihre Ideen verwirklichen möchten?

Gogotsi :Glaube an dich selbst und gib niemals, niemals auf!