Het is bekend dat transparante en flexibele displays, die veel aandacht hebben gekregen op verschillende gebieden, waaronder autodisplays, bio-gezondheidszorg, leger en mode, gemakkelijk kapot gaan bij kleine vervormingen. Om dit probleem op te lossen wordt er actief onderzoek gedaan naar veel transparante en flexibele geleidende materialen zoals koolstofnanobuisjes, grafeen, zilveren nanodraden en geleidende polymeren.

Een gezamenlijk onderzoeksteam onder leiding van professor Kyung Cheol Choi van de KAIST School of Electrical Engineering en Dr. Yonghee Lee van het National Nano Fab Center (NNFC) kondigden de succesvolle ontwikkeling aan van een waterbestendige, transparante en flexibele OLED met behulp van MXene-nanotechnologie. Het materiaal kan licht uitzenden en doorlaten, zelfs als het wordt blootgesteld aan water.

Dit onderzoek is gepubliceerd als voorpaginaverhaal van ACS Nano onder de titel "Zeer luchtstabiele, flexibele en waterbestendige 2D titaniumcarbide MXene-gebaseerde RGB organische lichtgevende diodedisplays voor transparante vrije-vormelektronica."

MXene is een 2D-materiaal met een hoge elektrische geleidbaarheid en optische transmissie, en kan op grote schaal worden geproduceerd via oplossingsprocessen. Ondanks deze aantrekkelijke eigenschappen waren de toepassingen van MXene echter beperkt als elektrisch apparaat voor de lange termijn, omdat de elektrische eigenschappen ervan gemakkelijk werden aangetast door vocht en water uit de lucht. Het materiaal kon daarom niet worden gesystematiseerd in de vorm van een matrix die informatie kan weergeven.

Het onderzoeksteam van professor Choi gebruikte een inkapselingstactiek die materialen kan beschermen tegen oxidatie veroorzaakt door vocht en zuurstof om een ​​op MXene gebaseerde OLED te ontwikkelen met een lange levensduur en hoge stabiliteit tegen externe omgevingsfactoren. Het onderzoeksteam concentreerde zich eerst op het analyseren van het afbraakmechanisme van de elektrische geleidbaarheid van MXene en concentreerde zich vervolgens op het ontwerpen van een inkapselingsmembraan.

Het team blokkeerde vocht en zorgde voor flexibiliteit door restspanningscompensatie, waardoor uiteindelijk een dubbellaags inkapselmembraan ontstond. Bovendien werd op de toplaag een dunne plastic film met een dikte van enkele micrometers bevestigd om wassen in water mogelijk te maken zonder degradatie.

Via dit onderzoek heeft het onderzoeksteam een ​​op MXene gebaseerde rood(R)/groen(G)/blauw(B) OLED ontwikkeld die een helderheid afgeeft van meer dan 1000 cd/m ² die zelfs in zonlicht met het blote oog waarneembaar is, en voldoet daarmee aan de voorwaarden voor buitendisplays. Wat de rode MXene-gebaseerde OLED betreft, bevestigden de onderzoekers een standby-opslagduur van 2.000 uur (onder 70% luminescentie), een standby-levensduur van 1.500 uur (onder 60% luminescentie) en een flexibiliteit die 1.000 cycli weerstaat onder een lage kromming. van minder dan 1,5 mm.

Bovendien toonden ze aan dat de prestaties zelfs na zes uur onderdompeling onder water (minder dan 80% luminescentie) behouden bleven. Bovendien werd een patroontechniek gebruikt om de op MXene gebaseerde OLED te produceren in de vorm van een passieve matrix, en het team demonstreerde het gebruik ervan als transparant display door letters en vormen weer te geven.

Ph.D. kandidaat So Yeong Jeong, die deze studie leidde, zei:"Om de betrouwbaarheid van MXene OLED te verbeteren, hebben we ons gericht op het produceren van een adequate inkapselingsstructuur en een geschikt procesontwerp." Ze voegde eraan toe:"Door een MXene OLED van het matrixtype te produceren en eenvoudige letters en vormen weer te geven, hebben we de basis gelegd voor de toepassing van MXene op het gebied van transparante displays."

Professor Choi zei:"Dit onderzoek zal de richtlijn worden voor de toepassing van MXene in elektrische apparaten, maar we verwachten dat het ook zal worden toegepast op andere gebieden die flexibele en transparante displays vereisen, zoals auto's, mode en functionele kleding. En om de kloof te vergroten. met de Chinese OLED-technologie moeten deze nieuwe OLED-convergentietechnologieën verder worden ontwikkeld."

Meer informatie: Dus Yeong Jeong et al., Zeer luchtstabiele, flexibele en waterbestendige 2D titaniumcarbide MXene-gebaseerde RGB organische lichtgevende diodedisplays voor transparante vrije-vormelektronica, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c00781

Journaalinformatie: ACS Nano

Aangeboden door het Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)