Известно, что прозрачные и гибкие дисплеи, которым уделяется большое внимание в различных областях, включая автомобильные дисплеи, био–здравоохранение, военное дело и моду, на самом деле легко ломаются при небольших деформациях. Чтобы решить эту проблему, ведутся активные исследования многих прозрачных и гибких проводящих материалов, таких как углеродные нанотрубки, графен, серебряные нанопроволоки и проводящие полимеры.
Совместная исследовательская группа под руководством профессора Кен Чхоль Чой из Школы электротехники KAIST и доктора Йонги Ли из Национального центра нанопроизводства (NNFC) объявила об успешной разработке водостойкого, прозрачного и гибкого OLED-дисплея с использованием нанотехнологии MXene. Материал может излучать и пропускать свет даже при воздействии воды.
Это исследование было опубликовано на обложке ACS Nano под названием «Высокоустойчивые к воздействию воздуха, гибкие и водостойкие 2D-дисплеи на основе органических светодиодов RGB на основе карбида титана MXene для прозрачной электроники произвольной формы».
MXene — это двумерный материал с высокой электропроводностью и оптическим пропусканием, и его можно производить в больших масштабах с помощью растворных процессов. Однако, несмотря на эти привлекательные свойства, применение MXene в качестве долговременного электрического устройства было ограничено из-за того, что его электрические свойства легко ухудшались под воздействием атмосферной влаги и воды. Поэтому материал не удалось систематизировать в виде матрицы, способной отображать информацию.
Исследовательская группа профессора Чоя использовала тактику инкапсуляции, которая может защитить материалы от окисления, вызванного влагой и кислородом, для разработки OLED-дисплея на основе MXene с длительным сроком службы и высокой устойчивостью к внешним факторам окружающей среды. Исследовательская группа сначала сосредоточилась на анализе механизма ухудшения электропроводности MXene, а затем сосредоточилась на разработке инкапсулирующей мембраны.
Команда ученых блокировала попадание влаги и обеспечила гибкость за счет компенсации остаточных напряжений, в конечном итоге создав двухслойную герметизирующую мембрану. Кроме того, к верхнему слою была прикреплена тонкая пластиковая пленка толщиной в несколько микрометров, позволяющая стирать в воде без разрушения.
В ходе этого исследования исследовательская группа разработала OLED-дисплей на основе MXene красного (R) / зеленого (G) / синего (B) цветов, который излучает яркость более 1000 кд / м2, которую можно обнаружить невооруженным глазом даже при солнечном свете, тем самым удовлетворяя условиям для наружных дисплеев. Что касается OLED-дисплея на основе red MXene, исследователи подтвердили, что срок хранения в режиме ожидания составляет 2000 часов (при свечении менее 70%), срок службы в режиме ожидания составляет 1500 часов (при свечении менее 60%) и гибкость, выдерживающую 1000 циклов при малой кривизне менее 1,5 мм.
Кроме того, они показали, что его работоспособность сохранялась даже после шести часов погружения под воду (при 80%-ной люминесценции). Кроме того, для изготовления OLED-дисплея на основе MXene в виде пассивной матрицы была использована технология нанесения рисунка, и команда продемонстрировала его использование в качестве прозрачного дисплея, отображая буквы и фигуры.
Кандидат наук Со Ен Чжон, руководивший этим исследованием, сказал: «Чтобы повысить надежность MXene OLED, мы сосредоточились на создании адекватной структуры инкапсуляции и подходящего технологического процесса». Она добавила: «Создав OLED-дисплей MXene матричного типа и отображающий простые буквы и формы, мы заложили основы для применения MXene в области прозрачных дисплеев».
Профессор Чой сказал: «Это исследование станет руководством для применения MXene в электрических устройствах, но мы ожидаем, что оно также будет применяться в других областях, где требуются гибкие и прозрачные дисплеи, таких как автомобили, мода и функциональная одежда. И чтобы увеличить разрыв с китайской технологией OLED, необходимо продолжать разработку этих новых технологий конвергенции OLED».
More information: So Yeong Jeong et al, Highly Air-Stable, Flexible, and Water-Resistive 2D Titanium Carbide MXene-Based RGB Organic Light-Emitting Diode Displays for Transparent Free-Form Electronics, ACS Nano (2023). DOI: 10.1021/acsnano.3c00781
Provided by The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)