Onderzoekers in de VS en Korea rapporteerden de eerste efficiënte flexibele light-emitting diodes met een tweedimensionaal titaniumcarbide MXene als flexibele en transparante elektrode. Deze op MXene gebaseerde light-emitting diodes (MX-LED) met hoge efficiëntie en flexibiliteit zijn bereikt via nauwkeurige interface-engineering vanaf de synthese van het materiaal tot de toepassing.

Flexibele beeldschermen ontwikkelen zich in een snel tempo en de wereldwijde markt voor flexibele beeldschermen is in de loop der jaren snel gegroeid. De ontwikkeling van flexibele transparante geleidende elektroden (TCE's) met uitstekende flexibiliteit en elektrische geleidbaarheid is een van de belangrijkste vereisten voor displays van de volgende generatie, omdat indiumtinoxide (ITO), de conventionele TCE, is broos. Diverse materialen zoals grafeen, geleidende polymeren en metalen nanodraden zijn gesuggereerd, maar hun onvoldoende elektrische geleidbaarheid, lage werkfunctie en gecompliceerde elektrodefabricage beperkten hun praktische gebruik.

MXenen, een nieuwe familie van tweedimensionale materialen

MXenen, een nieuwe klasse van tweedimensionale materialen ontdekt aan de Drexel University in 2011, bestaan ​​uit enkele atomen dikke lagen van overgangsmetaalcarbiden of nitriden. Ze hebben indrukwekkende eigenschappen getoond zoals metaalachtige elektrische geleidbaarheid en afstembare oppervlakte en elektronische eigenschappen, nieuwe mogelijkheden bieden aan de verschillende vakgebieden van de technologie. Sinds hun ontdekking, het gebruik ervan is op een aantal gebieden onderzocht, zoals metaalionbatterijen, sensoren, gas en elektrochemische opslag, energie apparaten, katalysatoren en medicijnen. MXenes hebben potentieel als flexibele elektroden getoond vanwege hun superieure flexibiliteit. Echter, exploratie van MXenen in flexibele elektroden van opto-elektronische apparaten is pas onlangs begonnen omdat de conventionele MXene-films niet voldoen aan de vereisten van werkfunctie en geleidbaarheid in LED's en zonnecellen, en kunnen degraderen wanneer ze worden blootgesteld aan de zure op water gebaseerde gateninjectielaag (HIL).

MXene voor flexibele LED-toepassing

Een internationaal team van wetenschappers van Seoul National University en Drexel University, onder leiding van Tae-Woo Lee en Yury Gogotsi richtten zich op de oppervlakte- en interfacemodulatie van de in oplossing verwerkte MXene-films om een ​​ideaal MXene/HIL-systeem te maken. Ze stemden het oppervlak van de MXene-film af om een ​​hoge werkfunctie (WF) te hebben door vacuümgloeien bij lage temperatuur en de HIL is ontworpen om pH-neutraal te zijn en te worden verdund met alcohol, het voorkomen van schadelijke oppervlakte-oxidatie en degradatie van de elektrodefilm. Het door het team voorgestelde MXene/HIL-systeem biedt voordelen voor de efficiëntie van het apparaat dankzij de efficiënte injectie van gaten in de emitterende laag door een bijna ideaal Ohms contact te vormen.

Met behulp van het MXene/HIL-systeem, het team vervaardigde zeer efficiënte groene organische LED's (OLED's) van meer dan 100 cd/A, wat goed overeenkomt met de theoretische maximale waarden en redelijk vergelijkbaar is met die van de conventionele ITO-gebaseerde apparaten. Eindelijk, flexibele MXene-LED's op een kunststof ondergrond vertonen een uitstekende buigstabiliteit terwijl de ITO-LED's de buigspanning niet aankonden. Het is het eerste rapport dat zeer efficiënte OLED's demonstreert met een enkele laag 2-D titaniumcarbide MXene als flexibele elektrode.

Dit onderzoek is gepubliceerd in het vooraanstaande tijdschrift Geavanceerde materialen . De auteurs leggen verder uit:"De resultaten van interface-engineered MXene-film en de op MXene-elektroden gebaseerde flexibele organische LED's tonen het sterke potentieel van de oplossingsverwerkte MXene TCE voor gebruik in opto-elektronische apparaten van de volgende generatie die kunnen worden vervaardigd met behulp van een goedkope oplossingsverwerkingstechnologie."